專利名稱：化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法
化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法技術(shù)領(lǐng)域
本文中討論的實(shí)施方案涉及化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
通過(guò)利用氮化物半導(dǎo)體器件的如高飽和電子速度和寬帶隙等特性，已經(jīng)將氮化物半導(dǎo)體器件活躍地發(fā)展為高耐受電壓、高功率的半導(dǎo)體器件。已經(jīng)做了大量關(guān)于場(chǎng)效應(yīng)晶體管、特別是作為氮化物半導(dǎo)體器件的HEMT (高電子遷移率晶體管)的報(bào)道。特別地，使用 GaN作為電子傳輸層并且使用AlGaN作為電子供給層的AlGaN/GaN HEMT已經(jīng)引起注意。在 AlGaN/GaN HEMT中，在AlGaN中發(fā)生由于GaN與AlGaN之間的晶格常數(shù)的差異而導(dǎo)致的畸變。由于由畸變引起的壓電極化并且由于AlGaN的自發(fā)極化，獲得了高濃度的二維電子氣 (2DEG)。這使得能夠?qū)崿F(xiàn)高耐受電壓和高輸出功率。
專利文獻(xiàn)1:日本公開(kāi)特許公報(bào)號(hào)2002-359256
在用于高功率和高頻率的氮化物半導(dǎo)體器件如AlGaN/GaN HEMT中，在高壓下操作的問(wèn)題中之一是電流崩塌現(xiàn)象。該電流崩塌是指由于應(yīng)用高壓而使導(dǎo)通電阻增加的現(xiàn)象， 并且據(jù)認(rèn)為該電流崩塌的發(fā)生的原因是電子被陷獲在半導(dǎo)體晶體、半導(dǎo)體與絕緣膜之間的界面等中，并且，相應(yīng)地，這些區(qū)域中的2DEG的濃度降低。場(chǎng)板結(jié)構(gòu)是廣泛已知的作為一種抑制電流崩塌現(xiàn)象的方法。例如，已知形成所謂的懸垂形狀的柵電極具有抑制電流崩塌現(xiàn)象的效果。
但是，僅通過(guò)前述的場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，難以充分抑制電流崩塌現(xiàn)象，并且，問(wèn)題在于，電流崩塌尤其是在高壓操作期間顯著地發(fā)生，這使得需要用于進(jìn)一步抑制電流崩塌的方法。發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問(wèn)題做出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種甚至在高壓操作期間仍然能夠充分抑制電流崩塌現(xiàn)象并且實(shí)現(xiàn)高耐受電壓和高功率的高可靠性化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法。
根據(jù)一個(gè)方面，化合物半導(dǎo)體器件包括化合物半導(dǎo)體層；具有開(kāi)口并且覆蓋化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)的保護(hù)膜；以及填充開(kāi)口并且具有騎在化合物半導(dǎo)體層上的形狀的電極，其中保護(hù)膜具有不含氧的下絕緣膜與包含氧的上絕緣膜的堆疊結(jié)構(gòu)，并且，開(kāi)口具有形成在下絕緣膜中的第一開(kāi)口和形成在上絕緣膜中且比第一開(kāi)口寬的第二開(kāi)口，第一開(kāi)口與第二開(kāi)口彼此連通。
根據(jù)一個(gè)方面，制造化合物半導(dǎo)體器件的方法包括形成保護(hù)膜以覆蓋化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)，保護(hù)膜具有不含氧的下絕緣膜與包含氧的上絕緣膜的堆疊結(jié)構(gòu)；在下絕緣膜中形成第一開(kāi)口以及在上絕緣膜中形成比第一開(kāi)口寬的第二開(kāi)口，第一開(kāi)口與第二開(kāi)口形成為彼此連通；形成填充開(kāi)口且具有騎在化合物半導(dǎo)體層上的形狀的電極。


圖1A至圖1C是按照工藝的順序示出制造根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT 的方法的示意性橫截面圖2A至圖2C是接著圖1A至圖1C按照工藝的順序示出制造根據(jù)第一實(shí)施方案的 AlGaN/GaN HEMT的方法的示意性橫截面圖3A和圖3B是顯示研究根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的電流-電壓特性的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的特性曲線圖4A至圖4C是示出制造根據(jù)第二實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖5A和圖5B是示出制造根據(jù)第三實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖6A至圖6C是示出制造根據(jù)第四實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖7A至圖7C是接著圖6A至圖6C示出制造根據(jù)第四實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT 的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖8A至圖8C是示出制造根據(jù)第五實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖9A至圖9C是接著圖8A至圖8C示出制造根據(jù)第五實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT 的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖1OA至圖1OC是示出制造根據(jù)第六實(shí)施方案的AlGaN/GaNHEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖1lA和圖1lB是接著圖1OA至圖1OC示出制造根據(jù)第六實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖12A和圖12B是示出制造根據(jù)第七實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖13A和圖13B是接著圖12A和圖12B示出制造根據(jù)第七實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖14A至圖14C是示出制造根據(jù)第八實(shí)施方案的AlGaN/GaNHEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖15A和圖15B是接著圖14A至圖14C示出制造根據(jù)第八實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖16A和圖16B是示出制造根據(jù)第九實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖17A和圖17B是接著圖16A和圖16B示出制造根據(jù)第九實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖18A至圖18C是示出制造根據(jù)第十實(shí)施方案的AlGaN/GaNHEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖19A和圖19B是接著圖18A至圖18C示出制造根據(jù)第十實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖20 A和圖20B是示出制造根據(jù)第i^一實(shí)施方案的AlGaN/GaNHEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖21A和圖21B是接著圖20A和圖20B示出制造根據(jù)第i^一實(shí)施方案的AlGaN/ GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖22A和圖22B是示出制造根據(jù)第十二實(shí)施方案的AlGaN/GaNHEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖23A和圖23B是接著圖22A和圖22B示出制造根據(jù)第十二實(shí)施方案的AlGaN/ GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖24A至圖24C是示出制造根據(jù)第十三實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖25A和圖25B是接著圖24A至圖24C示出制造根據(jù)第十三實(shí)施方案的AlGaN/ GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖26A和圖26B是示出制造根據(jù)第十四實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖27A至圖27C是示出制造根據(jù)第十五實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖28A至圖28C是接著圖27A至圖27C示出制造根據(jù)第十五實(shí)施方案的AlGaN/ GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖29A至圖29C是示出制造根據(jù)第十六實(shí)施方案的InAlN/GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖30A至圖30C是接著圖29A至圖29C示出制造根據(jù)第十六實(shí)施方案的InAlN/ GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖31是示出根據(jù)第十七實(shí)施方案的電源裝置的示意性結(jié)構(gòu)的連接圖；以及
圖32是示出根據(jù)第十八實(shí)施方案的高頻放大器的示意性結(jié)構(gòu)的連接圖。
具體實(shí)施方式
下文中，將參考附圖詳細(xì)地描述實(shí)施方案。在以下實(shí)施方案中，將描述一種化合物半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)及其制造方法。
注意，在以下附圖中，為了示出方便，某些組成部件沒(méi)有使用相對(duì)精確的尺寸和厚度不出。
(第一實(shí)施方案)
在該實(shí)施方案中，公開(kāi)了肖特基型AlGaN/GaN HEMT作為化合物半導(dǎo)體器件。
圖1A至圖1C和圖2A至圖2C是按照工藝的順序示出制造根據(jù)第一實(shí)施方案的 AlGaN/GaN HEMT的方法的示意性橫截面圖。
首先，如圖1A所示，在例如作為生長(zhǎng)襯底的半絕緣SiC襯底I上形成具有化合物半導(dǎo)體堆疊結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體層2。作為生長(zhǎng)襯底，可以使用SiC襯底、藍(lán)寶石襯底、GaAs 襯底、GaN襯底等來(lái)代替SiC襯底。襯底的導(dǎo)電性可以是半絕緣的或?qū)щ姷摹?br> 化合物半導(dǎo)體層2包括緩沖層2a、電子傳輸層2b、中間層2c和電子供給層2d。
在完成的AlGaN/GaN HEMT中，在操作期間，在電子傳輸層2b與電子供給層2d(確切地說(shuō)，中間層2c)之間的界面附近生成了二維電子氣(2DEG)?；陔娮觽鬏攲?b和電子供給層2d的自發(fā)極化并且也基于由可歸因于電子傳輸層2b的化合物半導(dǎo)體(在此為GaN) 與電子供給層2d的化合物半導(dǎo)體(在此為AlGaN)之間的晶格常數(shù)差的畸變所引起的壓電極化來(lái)生成該2DEG。
更詳細(xì)地，在SiC襯底I上，通過(guò)例如MOVPE (金屬有機(jī)氣相外延)法生長(zhǎng)以下化合物半導(dǎo)體?？梢允褂肕BE (分子束外延)法等來(lái)代替MOVPE法。
在SiC襯底I上，依次生長(zhǎng)將成為緩沖層2a、電子傳輸層2b、中間層2c和電子供給層2d的化合物半導(dǎo)體。通過(guò)在Si襯底I上生長(zhǎng)具有約O.1 μ m厚度的AlN來(lái)形成緩沖層2a。通過(guò)生長(zhǎng)具有約I μ m至約3 μ m厚度的i (有意未摻雜的)-GaN來(lái)形成電子傳輸層 2b。通過(guò)生長(zhǎng)具有約5nm厚度的1-AlGaN來(lái)形成中間層2c。通過(guò)生長(zhǎng)具有約30nm厚度的 n-AlGaN來(lái)形成電子供給層2d。在一些情況下，不形成中間層2c?？梢孕纬蒳_AlGaN來(lái)作為電子供給層2d。
為了生長(zhǎng)GaN，將作為Ga源的三甲基鎵(TMGa)氣體和氨(NH3)氣的混合氣體用作源氣體。為了生長(zhǎng)AlGaN，將TMAl氣體、TMGa氣體和NH3氣體的混合氣體用作源氣體。取決于待生長(zhǎng)的化合物半導(dǎo)體層，適當(dāng)?shù)卦O(shè)置是否供給TMAl氣體和TMGa氣體以及TMAl氣體和 TMGa氣體的流量。將作為共用源的NH3氣體的流量設(shè)定為約lOOsccm至約lOslm。此外， 將生長(zhǎng)壓力設(shè)定為約50托至約300托，并且將生長(zhǎng)溫度設(shè)定為約1000°C至約1200°C。
為了生長(zhǎng)作為η型的AlGaN，S卩，為了形成電子供給層2d (n-AlGaN)，向AlGaN源氣體添加η型雜質(zhì)。在此，以預(yù)定的流量向源氣體添加包含例如Si的氣體，例如，硅烷(SiH4) 氣體，從而用Si摻雜AlGaN0 Si的摻雜濃度設(shè)定為約I X IO1Vcm3至約I X IO2Vcm3,例如， 設(shè)定為約2X1018/cm3。
隨后，形成元件隔離結(jié)構(gòu)。
更詳細(xì)地，例如，向化合物半·導(dǎo)體層2的元件隔離區(qū)域注入氬(Ar)。因此，在化合物半導(dǎo)體層2中和SiC襯底I的表面層部分中形成了元件隔離結(jié)構(gòu)。元件隔離結(jié)構(gòu)在化合物半導(dǎo)體層2上劃分出有源區(qū)域。
順便提及，除了上面的注入法，例如，STI (淺溝槽隔離)法也可以用于元件隔離。
隨后，如圖1B所示，形成源電極3和漏電極4。
例如，使用Ta/Al (Ta用于下層，Al用于上層)作為電極材料。為了形成電極，例如，使用適用于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)(eaves-structure)的雙層光刻膠。該光刻膠被施加到化合物半導(dǎo)體層2上，以形成光刻膠掩模，光刻膠掩模在待形成源電極和漏電極的預(yù)定位置處具有開(kāi)口。通過(guò)使用該光刻膠掩模，經(jīng)由例如氣相沉積法沉積Ta/Al。Ti 的厚度為約20nm，Al的厚度為約200nm。通過(guò)剝離法移除具有檐式結(jié)構(gòu)的光刻膠掩模和沉積在其上的Ta/Al。其后，在例如氮?dú)夥罩性?00°C至1000°C例如在約550°C下對(duì)SiC襯底 I進(jìn)行熱處理，并且使殘留的Ti/Al與電子供給層2d歐姆接觸。通過(guò)上述處理，形成了由 Ta/Al制成的源電極4和漏電極5。
隨后，如圖1C所示，形成保護(hù)化合物半導(dǎo)體層2的表面的鈍化膜。
鈍化膜具有在此為SiN(Si3N4)膜5的不含氧的下絕緣膜與在此為SiON膜6的包含氧的上絕緣膜的堆疊結(jié)構(gòu)。
更詳細(xì)地，通過(guò)等離子體CVD法、濺射法等在化合物半導(dǎo)體層2的整個(gè)表面上沉積厚度為例如約2nm至約200nm、例如約20nm的SiN以形成SiN膜5。隨后，通過(guò)等離子體CVD法、濺射法等在SiN膜5上沉積厚度為例如約2nm至約200nm、例如約20nm的SiON以形成SiON膜6。通過(guò)上述過(guò)程，形成了其中堆疊有SiN膜5和SiON膜6的鈍化膜。
隨后，如圖2A所示，在SiON膜6中形成開(kāi)口 6a。
更詳細(xì)地，在SiON膜6的整個(gè)表面上施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。因此，形成了具有如下開(kāi)口的光刻膠掩模其中，SiON膜6的預(yù)定柵電極形成位置從該開(kāi)口露出。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)SiON膜6進(jìn)行干法蝕刻。此時(shí)，可以輕度蝕刻SiN膜5的表面層和SiON膜6。因此，在SiON膜6的預(yù)定柵電極形成位置處形成了開(kāi)口 6a。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模。
隨后，如圖2B所示，在SiN膜5中形成開(kāi)口 5a。
更詳細(xì)地，在SiON膜6的整個(gè)表面上，包括SiN膜5上的從開(kāi)口 6a露出的區(qū)域，施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。因此，形成了具有如下開(kāi)口的光刻膠掩模 其中，SiN膜5的在開(kāi)口 6a中的預(yù)定柵電極形成位置從該開(kāi)口露出。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)SiN膜5進(jìn)行干法蝕刻。因此，在SiN膜5的預(yù)定柵電極形成位置處形成了開(kāi)口 5a。SiON膜6的開(kāi)口 6a比SiN 膜5的開(kāi)口 5a寬。開(kāi)口 5a、6a彼此連通，使得形成用于形成柵電極的開(kāi)口。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模。
隨后，如圖2C所示，形成柵電極7。
例如，使用Ni/Au(Ni用于下層，Au用于上層)作為電極材料。為了形成電極，例如，使用適用于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)的雙層光刻膠。該光刻膠被施加到SiON膜 6上，包括開(kāi)口 5a、6a的內(nèi)部，并且因此，形成了光刻膠掩模，光刻膠掩模在預(yù)定柵電極形成位置處具有包括開(kāi)口 5a、6a的開(kāi)口。通過(guò)使用該光刻膠掩模，通過(guò)例如氣相沉積法沉積Ni/ Au。Ni的厚度為約30nm，Au的厚度為約400nm。通過(guò)剝離法移除具有檐式結(jié)構(gòu)的光刻膠掩模和沉積在其上的Ni/Au。因此，形成與化合物半導(dǎo)體層2處于肖特基接觸的柵電極7以使用柵極金屬填充開(kāi)口 5a、6a。
使用填充開(kāi)口 5a、6a的內(nèi)部和騎在SiON膜6上的Ni以及沉積在Ni上的Au，將柵電極7形成為所謂的懸垂形狀。在SiON膜6的表面的開(kāi)口 6a附近，在與柵電極7的Ni接觸的部分處，SiON膜6的氧與柵電極7的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)，使得形成作為薄的氧化物膜的NiO層7a。
其后， 通過(guò)源電極3、漏電極4和柵電極7等的電連接過(guò)程，形成肖特基型AlGaN/ GaN HEMT。
在該實(shí)施方案中，鈍化膜形成為不含氧的SiN膜5與包含氧的SiON膜6的堆疊結(jié)構(gòu)。具有小的界面狀態(tài)的不含氧的絕緣膜適合作為鈍化膜。待成為肖特基表面的化合物半導(dǎo)體層2的表面被不含氧的SiN膜5直接覆蓋，并且SiN膜5主要用作保護(hù)膜。由于通過(guò) SiN膜5與肖特基表面相分離，所以包含氧的SiON膜6可不影響肖特基表面。SiN膜5的開(kāi)口 5a與SiON膜6的比開(kāi)口 5a寬的開(kāi)口 6a彼此連通，并且懸垂形狀的柵電極7形成為填充由開(kāi)口 5a、6a構(gòu)成的開(kāi)口的內(nèi)部。在該結(jié)構(gòu)中，柵電極7形成在其填充開(kāi)口 5a的部分上、其填充開(kāi)口 6a的部分上以及懸垂部分的逐漸展開(kāi)的多級(jí)結(jié)構(gòu)(在此為三級(jí)結(jié)構(gòu))上，使得高壓操作期間的電場(chǎng)集中點(diǎn)被分散。
此外，在該實(shí)施方案中，SiON膜6的氧與柵電極7的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)以形成NiO層7a。NiO用作P型氧化物半導(dǎo)體。柵電極7的懸垂部分位于多級(jí)結(jié)構(gòu)的最上級(jí)處， 并且在柵電極7中，懸垂部分是最靠近漏電極4的部分并且因此在此處出現(xiàn)了最大的電場(chǎng)集中。由于形成于懸垂部分上的作為P型氧化物半導(dǎo)體的NiO層7a的出現(xiàn)，所以懸垂部分的橫向電阻增加并且在柵極端部處的場(chǎng)強(qiáng)大幅減小。因此，抑制了電流崩塌現(xiàn)象。
在此，將描述檢查根據(jù)該實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的電流-電壓特性的實(shí)驗(yàn)。 作為該實(shí)施方案的對(duì)比示例，將鈍化膜由SiN的單層構(gòu)成的常規(guī)AlGaN/GaN HEMT作為示例。
在圖3A和圖3B中顯示了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖3A顯示了對(duì)比示例的結(jié)果，圖3B顯示了該實(shí)施方案的結(jié)果。在對(duì)比示例中，由于50V的偏壓，導(dǎo)通電阻增加并且電流崩塌大。另一方面，在該實(shí)施方案中，已經(jīng)證實(shí)導(dǎo)通電阻的增加非常小并且可以有效地抑制電流崩塌。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施方案，獲得了甚至在高壓操作期間仍然能夠充分抑制電流崩塌現(xiàn)象并且實(shí)現(xiàn)高耐受電壓和高功率的高可靠性AlGaN/GaN HEMT。
(第二實(shí)施方案)
下文中，將描述根據(jù)第二實(shí)施方案的肖特基型AlGaN/GaN HEMT。注意，將用相同的附圖標(biāo)記表示與根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaNHEMT的組成構(gòu)件相同的組成構(gòu)件等，并且將省略其詳細(xì)描述。
圖4A至圖4C是示出制造根據(jù)第二實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖。
首先，通過(guò)第一實(shí)施方案的圖1A至圖2A中的過(guò)程，在SiON膜6中形成開(kāi)口 6a，如圖4A所示。
隨后，如圖4B所示，在SiON膜6和電子供給層2d中形成溝槽11。
更詳細(xì)地，在SiON膜6的整個(gè)表面(包括SiN膜5的從開(kāi)口 6a露出的上部)上施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。因此，形成了具有如下開(kāi)口的光刻膠掩模 其中，SiN膜5的在開(kāi)口 6a中的預(yù)定柵電極形成位置從該開(kāi)口露出。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)SiN膜5和電子供給層2d的表面層進(jìn)行干法蝕刻。因此，在電子供給層2d和SiN膜5的預(yù)定柵電極形成位置處形成了穿透SiN膜5到達(dá)電子供給層2d的表面層的溝槽11。SiON膜6的開(kāi)口 6a比溝槽11寬。溝槽11與開(kāi)口 6a彼此連通，使得形成用于形成柵電極的電極溝槽。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模 。
隨后，如圖4C所示，形成柵電極12。
例如，使用Ni/Au (Ni用于下層，Au用于上層)作為電極材料。為了形成電極，例如，使用適用于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)的雙層光刻膠。該光刻膠被施加到SiON膜 6上(包括溝槽11和開(kāi)口 6a的內(nèi)部)，因此形成了光刻膠掩模，所述光刻膠掩模在包括溝槽11和開(kāi)口 6a的預(yù)定柵電極形成位置處具有開(kāi)口。通過(guò)使用該光刻膠掩模，通過(guò)例如氣相沉積法沉積Ni/Au。Ni的厚度為約30nm，Au的厚度為約400nm。通過(guò)剝離法移除具有檐式結(jié)構(gòu)的光刻膠掩模和沉積在其上的Ni/Au。因此，與化合物半導(dǎo)體層2處于肖特基接觸的柵電極12形成為使用柵極金屬填充溝槽11和開(kāi)口 6a。
使用填充溝槽11和開(kāi)口 6a的內(nèi)部并且騎在SiON膜6上的Ni以及沉積在Ni上的Au，將柵電極12形成為所謂的懸垂形狀。在SiON膜6的表面的開(kāi)口 6a附近，在與柵電極12的Ni相接觸的部分處，SiON膜6的氧與柵電極12的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)，使得形成作為薄的氧化物膜的NiO層7a。
其后，通過(guò)源電極3、漏電極4和柵電極12等的電連接的過(guò)程，形成肖特基型 AlGaN/GaN HEMT。
在該實(shí)施方案中，鈍化膜形成為不含氧的SiN膜5與包含氧的SiON膜6的堆疊結(jié)構(gòu)。具有小的界面狀態(tài)的不含氧的絕緣膜適合作為鈍化膜。待成為肖特基表面的化合物半導(dǎo)體層2的表面被不含氧的SiN膜5直接覆蓋，并且SiN膜5主要用作保護(hù)膜。由于通過(guò) SiN膜5與肖特基表面相分離，所以包含氧的SiON膜6可不影響肖特基表面。電子供給層 2d和SiN膜5的溝槽11與SiON膜6的比開(kāi)口 5a寬的開(kāi)口 6a彼此連通，并且處于懸垂形狀的柵電極12形成為填充由溝槽11和開(kāi)口 6a構(gòu)成的電極溝槽的內(nèi)部。在該結(jié)構(gòu)中，柵電極12形成在其填充溝槽11的部分上、其填充開(kāi)口 6a的部分上以及懸垂部分的逐漸展開(kāi)的多級(jí)結(jié)構(gòu)(在此為三級(jí)結(jié)構(gòu))上，使得高壓操作期間的電場(chǎng)集中點(diǎn)被分散。
此外，在該實(shí)施方案中，SiON膜6的氧與柵電極12的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)以形成NiO層12a。NiO用作P型氧化物半導(dǎo)體。柵電極12的懸垂部分位于多級(jí)結(jié)構(gòu)的最上級(jí)處，并且在柵電極12中，懸垂部分是最靠近漏電極4的部分并且因此在此處出現(xiàn)了最大的電場(chǎng)集中。由于作為形成于懸垂部分上的P型氧化物半導(dǎo)體的NiO層12a的存在，所以懸垂部分的橫向電阻增加并且在柵極端部處的場(chǎng)強(qiáng)大幅減小。因此，抑制了電流崩塌現(xiàn)象。
此外，在該實(shí)施方案中，作為溝槽11的一部分，溝槽部分也形成于電子供給層2d 中，并且柵電極12的最下部形成于溝槽部分中。這有助于實(shí)現(xiàn)在斷電期間沒(méi)有柵電流經(jīng)過(guò)的所謂常斷操作，并且也進(jìn)一步減小了柵電極12中的電場(chǎng)集中。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施方案，獲得了甚至在高壓操作期間仍然能夠充分抑制電流崩塌現(xiàn)象并且實(shí)現(xiàn)高耐受電壓和高功率的高可靠性AlGaN/GaN HEMT。
(第三實(shí)施方案)
下文中，將描述根據(jù)第三實(shí)施方案的MIS型AlGaN/GaN HEMT。注意，將用相同的附圖標(biāo)記表示與根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaNHEMT的組成構(gòu)件相同的組成構(gòu)件等，并且將省略其詳細(xì)描述。
圖5A和圖5B是示出制造根據(jù)第三實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖。
首先，通過(guò)第一實(shí)施方案的圖1A至圖2A中的步驟，在SiON膜6中形成開(kāi)口 6a，如圖5A所示。
隨后，如圖5B所示，形成柵電極13。
例如，使用Ni/Au (Ni用于下層，Au用于上層)作為電極材料。為了形成電極，例如，使用適用于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)的雙層光刻膠。該光刻膠被施加到SiON膜 6上(包括開(kāi)口 6a的內(nèi)部)，因此,形成了光刻膠掩模，所述光刻膠掩模在包括開(kāi)口 6a的預(yù)定柵電極形成位置處具有開(kāi)口。通過(guò)使用該光刻膠掩模，通過(guò)例如氣相沉積法沉積Ni/Au。 Ni的厚度為約30nm，Au的厚度為約400nm。通過(guò)剝離法移除具有檐式結(jié)構(gòu)的光刻膠掩模和沉積在其上的Ni/Au。因此，經(jīng)由SiN膜5在化合物半導(dǎo)體層2上形成柵電極13，以使用柵極金屬填充開(kāi)口 6a的內(nèi)部。SiN膜5是鈍化膜并且也用作柵極絕緣膜。
使用填充開(kāi)口 6a的內(nèi)部并且騎在SiON膜6上的Ni以及沉積在Ni上的Au，將柵電極13形成為所謂的懸垂形狀。在SiON膜6的表面的開(kāi)口 6a附近，在與柵電極13的Ni 相接觸的部分處，SiON膜6的氧和柵電極13的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)，使得形成作為薄的氧化物膜的NiO層13a。
其后，通過(guò)源電極3、漏電極4和柵電極13等的電連接過(guò)程，形成MIS型AlGaN/GaN HEMT0
在該實(shí)施方案中，鈍化膜形成為不含氧的SiN膜5與包含氧的SiON膜6的堆疊結(jié)構(gòu)。具有小的界面狀態(tài)的不含氧的絕緣膜適合作為鈍化膜?；衔锇雽?dǎo)體層2的表面被不含氧的SiN膜5直接覆蓋，并且SiN膜5主要用作保護(hù)膜。由于通過(guò)SiN膜5與化合物半導(dǎo)體層2的表面相分離，所以包含氧的SiON膜6可不影響該表面。處于懸垂形狀的柵電極 13形成為填充SiON膜6的開(kāi)口 6a的內(nèi)部。在該結(jié)構(gòu)中，柵電極13形成于其填充開(kāi)口 6a 的部分上以及懸垂部分的逐漸展開(kāi)的多級(jí)結(jié)構(gòu)(在此為兩級(jí)結(jié)構(gòu))上，使得高壓操作期間的電場(chǎng)集中點(diǎn)被分散。
此外，在該實(shí)施方案中，SiON膜6的氧與柵電極13的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)以形成NiO層13a。NiO用作P型氧化物半導(dǎo)體。柵電極13的懸垂部分位于多級(jí)結(jié)構(gòu)的最上級(jí)處，并且在柵電極13中，懸垂部分是最靠近漏電極4的部分并且因此在此出現(xiàn)最大的電場(chǎng)集中。由于作為形成于懸垂部分上的P型氧化物半導(dǎo)體的NiO層13a的存在，所以懸垂部分的橫向電阻增加并且在柵極端部處的場(chǎng)強(qiáng)大幅減小。因此，抑制了電流崩塌現(xiàn)象。
此外，在該實(shí)施方案中，在具有雙層結(jié)構(gòu)的鈍化膜中，作為下層的SiN膜5不僅是鈍化膜也用作柵極絕緣膜。在該結(jié)構(gòu)中，省略了形成與具有雙層結(jié)構(gòu)的鈍化膜相分離的柵極絕緣膜的步驟，并且實(shí)現(xiàn)了期望的MIS型AlGaN/GaN HEMT。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施方案，獲得了甚至在高壓操作期間仍然能夠充分抑制電流崩塌現(xiàn)象并且實(shí)現(xiàn)高耐受電壓和高功率的高可靠性AlGaN/GaN HEMT。
(第四實(shí)施方案)
在下文，將描述根據(jù)第四實(shí)施方案的MIS型AlGaN/GaN HEMT。注意，將用相同的附圖標(biāo)記表示與根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaNHEMT的組成構(gòu)件相同的組成構(gòu)件等，并且將省略其詳細(xì)描述。
圖6A至圖6C以及圖7A至圖7C是示出制造根據(jù)第四實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT 的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖。
首先，通過(guò)第一實(shí)施方案的圖1A和圖1B中的過(guò)程，在化合物半導(dǎo)體層2上形成源電極3和漏電極4，如圖6A所示。
隨后，如圖6B所示，形成柵極絕緣膜14。
更詳細(xì)地，在化合物半導(dǎo)體層2上沉積不含氧的絕緣體例如AlN作為絕緣材料。 通過(guò)例如ALD (原子層沉積)法，沉積厚度為約2nm至IOOnm (在此處例如約IOnm)的A1N。 因此，形成柵極絕緣膜14。
順便提 及，為了沉積A1N，可以使用例如等離子體CVD法、濺射法等來(lái)代替ALD法。 此外，可以使用Al的氮化物來(lái)代替沉積A1N。此外，可以沉積S1、Hf、Zr、T1、Ta或W的氮化物或從這些氮化物中適當(dāng)選出的一些氮化物的多層，以形成柵極絕緣膜。
隨后，如圖6C所示，形成保護(hù)化合物半導(dǎo)體層2的表面的鈍化膜。
鈍化膜具有不含氧的下絕緣膜(在此為SiN(Si3N4)膜5)與包含氧的上絕緣膜(在此為SiON膜6)的堆疊結(jié)構(gòu)。
更詳細(xì)地，通過(guò)等離子體CVD法、濺射法等在柵極絕緣膜14上沉積厚度為例如約 2nm至約200nm、例如約20nm的SiN以形成SiN膜5。隨后，通過(guò)等離子體CVD法、濺射法等在SiN膜5上沉積厚度為例如約2nm至約200nm、例如約20nm的SiON以形成SiON膜6。 因此，形成了其中SiN膜5和SiON膜6堆疊的鈍化膜。
隨后，如圖7A所示，在SiON膜6中形成開(kāi)口 6a。
更詳細(xì)地，在SiON膜6的整個(gè)表面上施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。因此，形成了具有如下開(kāi)口的光刻膠掩模其中，SiON膜6的預(yù)定柵電極形成位置從該開(kāi)口露出。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)SiON膜6進(jìn)行干法蝕刻。此時(shí)，可以輕度蝕刻SiN膜5的表面層以及SiON膜6。因此，在SiON膜6的預(yù)定柵電極形成位置處形成開(kāi)口 6a。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模。
隨后，如圖7B所示，在SiN膜5中形成開(kāi)口 5a。
更詳細(xì)地，在SiON膜6的整個(gè)表面上(包括SiN膜5上的從開(kāi)口 6a露出的區(qū)域) 施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。因此，形成了具有如下開(kāi)口的光刻膠掩模其中，SiN膜5的在開(kāi)口 6a中的預(yù)定柵電極形成位置從該開(kāi)口露出。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)SiN膜5進(jìn)行干法蝕刻。因此，在SiN膜5的預(yù)定柵電極形成位置處形成開(kāi)口 5a。SiON膜6的開(kāi)口 6a比SiN 膜5的開(kāi)口 5a寬。開(kāi)口 5a、6a彼此連通，使得形成用于形成柵電極的開(kāi)口。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模。
隨后，如圖7C所示 ，形成柵電極15。
例如，使用Ni/Au (Ni用于下層，Au用于上層)作為電極材料。為了形成電極，例如，使用適用于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)的雙層光刻膠。該光刻膠被施加到SiON膜 6上(包括開(kāi)口 5a、6a的內(nèi)部)，因此,形成了光刻膠掩模,所述光刻膠掩模在包括開(kāi)口 5a、 6a的預(yù)定柵電極形成位置處具有開(kāi)口。通過(guò)使用該光刻膠掩模，通過(guò)例如氣相沉積法沉積 Ni/Au。Ni的厚度為約30nm，Au的厚度為約400nm。通過(guò)剝離法移除具有檐式結(jié)構(gòu)的光刻膠掩模和沉積在其上的Ni/Au。因此，經(jīng)由柵極絕緣膜14在化合物半導(dǎo)體層2上形成柵電極15,以使用柵極金屬填充開(kāi)口 5a、6a。
使用填充開(kāi)口 5a、6a的內(nèi)部并且騎在SiON膜6上的Ni以及沉積在Ni上的Au來(lái)形成所謂的懸垂形狀的柵電極15。在SiON膜6的表面的開(kāi)口 6a附近，在與柵電極15的 Ni相接觸的部分處，SiON膜6的氧與柵電極15的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)，使得形成作為薄的氧化物膜的NiO層15a。
其后，通過(guò)源電極3、漏電極4和柵電極15的電連接過(guò)程等，形成MIS型AlGaN/GaN HEMT0
在該實(shí)施方案中，鈍化膜形成為不含氧的SiN膜5與包含氧的SiON膜6的堆疊結(jié)構(gòu)。具有小的界面狀態(tài)的不含氧的絕緣膜適合作為鈍化膜，并且SiN膜5與AlN的柵極絕緣膜14 一起主要用作保護(hù)膜。由于通過(guò)柵極絕緣膜14和SiN膜5與化合物半導(dǎo)體層2的表面分離，所以包含氧的SiON膜6可不影響該表面。SiN膜5的開(kāi)口 5a與SiON膜6的比開(kāi)口 5a寬的開(kāi)口 6a彼此連通，并且處于懸垂形狀的柵電極15形成為填充由開(kāi)口 5a、6a構(gòu)成的開(kāi)口的內(nèi)部。在該結(jié)構(gòu)中，柵電極15形成于其填充開(kāi)口 5a的部分上、其填充開(kāi)口 6a 的部分上以及懸垂部分的逐漸展開(kāi)的多級(jí)結(jié)構(gòu)(在此為三級(jí)結(jié)構(gòu))上，使得高壓操作期間的電場(chǎng)集中點(diǎn)被分散。
此外，在該實(shí)施方案中，SiON膜6的氧與柵電極15的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)以形成NiO層15a。NiO用作P型氧化物半導(dǎo)體。柵電極15的懸垂部分位于多級(jí)結(jié)構(gòu)的最上級(jí)處，并且在柵電極15中，懸垂部分是最靠近漏電極4的部分并且因此在此處出現(xiàn)最大的電場(chǎng)集中。由于形成于懸垂部分上的作為P型氧化物半導(dǎo)體的NiO層15a的存在，所以懸垂部分的橫向電阻增加并且在柵極端部處的場(chǎng)強(qiáng)大幅減小。因此，抑制了電流崩塌現(xiàn)象。
此外，在該實(shí)施方案中，柵極絕緣膜14不僅是柵極絕緣膜也用作鈍化膜，并且實(shí)現(xiàn)了期望的 MIS 型 AlGaN/GaN HEMT。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施方案，獲得了甚至在高壓操作期間仍然能夠充分抑制電流崩塌現(xiàn)象并且實(shí)現(xiàn)高耐受電壓和高功率的高可靠性AlGaN/GaN HEMT。
(第五實(shí)施方案)
下文中，將描述根據(jù)第五實(shí)施方案的MIS型AlGaN/GaN HEMT。注意，將用相同的附圖標(biāo)記表示與根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的組成構(gòu)件相同的組成構(gòu)件等，并且將省略其詳細(xì)描述。
圖8A至圖8C以及圖9A至圖9C是示出制造根據(jù)第五實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT 的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖。
首先，通過(guò)第一實(shí)施方案的圖1A和圖1B中的過(guò)程，在化合物半導(dǎo)體層2上形成源電極3和漏電極4。
隨后，如圖8A所示， 在電子供給層2d中形成溝槽2da。
更詳細(xì)地，在電子供給層2d上施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。 因此，形成了具有如下開(kāi)口的光刻膠掩模其中，電子供給層2d的預(yù)定柵電極形成位置從該開(kāi)口露出。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)電子供給層2d的表面層進(jìn)行干法蝕刻。因此，在電子供給層2d的表面層中的預(yù)定柵電極形成位置處形成溝槽 2da。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模。
隨后，如圖SB所示，形成柵極絕緣膜14。
更詳細(xì)地，在包括溝槽2da的內(nèi)壁表面的化合物半導(dǎo)體層2上沉積不含氧的絕緣體例如AlN作為絕緣材料。通過(guò)例如ALD(原子層沉積)法，沉積厚度約為2nm至約 IOOnm (在此例如為約IOnm)的A1N。因此，形成柵極絕緣膜14。
順便提及，為了沉積A1N，例如，可以使用等離子體VCD法、濺射法或類似方法來(lái)代替ALD法。此外，可以使用Al的氮化物來(lái)代替沉積A1N。此外，可以沉積S1、Hf、Zr、T1、Ta 或W的氮化物或從這些氮化物中適當(dāng)選出的一些氮化物的多層，以形成柵極絕緣膜。
隨后，如圖SC所示，形成保護(hù)化合物半導(dǎo)體層2的表面的鈍化膜。
鈍化膜具有不含氧的下絕緣膜(在此為SiN(Si3N4)膜5)與包含氧的上絕緣膜(在此為SiON膜6)的堆疊結(jié)構(gòu)。
更詳細(xì)地，通過(guò)等離子體CVD法、濺射法等在柵極絕緣膜14上沉積厚度為例如約 2nm至約200nm、例如約20nm的SiN以形成SiN膜5。隨后，通過(guò)等離子體CVD法、濺射法等在SiN膜5上沉積厚度為例如約2nm至約200nm、例如約20nm的SiON以形成SiON膜6。 因此，形成了其中堆疊有SiN膜5和SiON膜6的鈍化膜。
隨后，如圖9A所示，在SiON膜6中形成開(kāi)口 6a。
更詳細(xì)地，在SiON膜6的整個(gè)表面上施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。因此，形成了具有如下開(kāi)口的光刻膠掩模其中，SiON膜6的預(yù)定柵電極形成位置從該開(kāi)口露出。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)SiON膜6進(jìn)行干法蝕刻。此時(shí)，可以輕度蝕刻SiN膜5的表面層以及SiON膜6。因此，在SiON膜6的預(yù)定柵電極形成位置處形成開(kāi)口 6a。開(kāi)口 6a比電子供給層2d的溝槽2da寬。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模。
隨后，如圖9B所示，在SiN膜5中形成開(kāi)口 5a。
更詳細(xì)地，在SiON膜6的整個(gè)表面上(包括SiN膜5上的從開(kāi)口 6a露出的區(qū)域) 施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。因此，形成了具有如下開(kāi)口的光刻膠掩模其中，SiN膜5的在開(kāi)口 6a中的預(yù)定柵電極形成位置從該開(kāi)口露出。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)SiN膜5進(jìn)行干法蝕刻。因此，在SiN膜5的預(yù)定柵電極形成位置處形成了開(kāi)口 5a。SiON膜6的開(kāi)口 6a比SiN 膜5的開(kāi)口 5a寬。溝槽2da與開(kāi)口 5a、6a經(jīng)由柵極絕緣膜14彼此連通，使得形成用于形成柵電極的電極溝槽。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模。
隨后，如圖9C所示，形成柵電極16。
例如，使用Ni/Au (Ni用于下層，Au用于上層)作為電極材料。為了形成電極，例如，使用適用于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)的雙層光刻膠。該光刻膠被施加到SiON膜 6上(包括開(kāi)口 5a、6a的內(nèi)部)，因此,形成了光刻膠掩模,所述光刻膠掩模在包括電極溝槽的預(yù)定柵電極形成位置處具有開(kāi)口。通過(guò)使用該光刻膠掩模，通過(guò)例如氣相沉積法沉積Ni/ Au。Ni的厚度為約30nm，Au的厚度為約400nm。通過(guò)剝離法移除具有檐式結(jié)構(gòu)的光刻膠掩模以及沉積在其上的Ni/Au。因此，經(jīng)由柵極絕緣膜14在化合物半導(dǎo)體層2上形成柵電極 16，以使用柵極金屬填充電極溝槽。
使用填充溝槽2da和開(kāi)口 5a、6a(其間具有柵極絕緣膜14)的內(nèi)部并且騎在SiON 膜6上的Ni以及沉積在Ni上的Au來(lái)形成所謂的懸垂形狀的柵電極16。在SiON膜6的表面的開(kāi)口 6a附近，在與柵電極16的Ni相接觸的部分處，SiON膜6的氧與柵電極16的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)，使得形成作為薄的氧化物膜的NiO層16a。
其后，通過(guò)源電極3、漏電極4和柵電極16的電連接過(guò)程等，形成MIS型AlGaN/GaN HEMT0
在該實(shí)施方案中，鈍化膜形成為不含氧的SiN膜5與包含氧的SiON膜6的堆疊結(jié)構(gòu)。具有小的界面狀態(tài)的不含氧的絕緣膜適合作為鈍化膜，并且SiN膜5與AlN的柵極絕緣膜14 一起主要用作保護(hù)膜。由于通過(guò)柵極絕緣膜14和SiN膜5與化合物半導(dǎo)體層2的表面分離，所以包含氧的SiON膜6可不影響該表面。電子供給層2d的溝槽2da、SiN膜5 的開(kāi)口 5a以及SiON膜6的比開(kāi)口 5a寬的開(kāi)口 6a彼此連通，并且處于懸垂形狀的柵電極 16形成為填充由溝槽2da和開(kāi)口 5a、6a組成的電極溝槽的內(nèi)部。在該結(jié)構(gòu)中，柵電極16形成在其經(jīng)由柵極絕緣膜14填充溝槽2da的部分上、其填充開(kāi)口 5a的部分上以及懸垂部分的逐漸展開(kāi)的多級(jí)結(jié)構(gòu)上(在此為四級(jí)結(jié)構(gòu))，使得高壓操作期間的電場(chǎng)集中點(diǎn)被分散。
此外，在該實(shí)施方案中，SiON膜6的氧與柵電極16的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)以形成NiO層16a。NiO用作P型氧化物半導(dǎo)體。柵電極16的懸垂部分位于多級(jí)結(jié)構(gòu)的最上級(jí)處，并且在柵電極16中，懸垂部分是最靠近漏電極4的部分并且因此在此處出現(xiàn)最大的電場(chǎng)集中。由于形成于懸垂部分上的作為P型氧化物半導(dǎo)體的NiO層16a的存在，所以懸垂部分的橫向電阻增加并且在柵極端部處的場(chǎng)強(qiáng)大幅減小。因此，抑制了電流崩塌現(xiàn)象。
此外，在該實(shí)施方案中，在電子供給層2d中形成溝槽2da，并且在溝槽部分上形成柵電極16的最下部。這有助于實(shí)現(xiàn)在斷電時(shí)間期間沒(méi)有柵電流經(jīng)過(guò)的所謂常斷操作，并且進(jìn)一步減小了柵電極16中的電場(chǎng)集中。
此外，在該實(shí)施方案中，柵極絕緣膜14不僅是柵極絕緣膜而且還用作鈍化膜，并且實(shí)現(xiàn)了期望的MIS型AlGaN/GaN HEMT。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施方案，獲得了甚至在高壓操作期間仍然能夠充分抑制電流崩塌現(xiàn)象并且實(shí)現(xiàn)高耐受電壓和高功率的高可靠性AlGaN/GaN HEMT。
(第六實(shí)施方案)
該實(shí)施方案公開(kāi)了作為化合物半導(dǎo)體器件的肖特基型AlGaN/GaNHEMT。注意，將用相同的附圖標(biāo)記表不與根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的組成構(gòu)件相同的組成構(gòu)件等，并且將省略其詳細(xì)描述。
圖1OA至圖1OC以及圖1lA和圖1lB是示出制造根據(jù)第六實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖。
首先，通過(guò)第一實(shí)施方案的圖1A和圖1B中的過(guò)程，在化合物半導(dǎo)體層2上形成源電極3和漏電極4，如圖1OA所示。
隨后，如圖1OB所示，形成保護(hù)化合物半導(dǎo)體層2的表面的鈍化膜。
鈍化膜具有不含氧的下絕緣膜(在此為SiN(Si3N4)膜5)與包含氧的上絕緣膜(在此為NiO膜17)的堆疊結(jié)構(gòu)。
更詳細(xì)地，通過(guò)等離子體CVD法、濺射法等在化合物半導(dǎo)體層2的整個(gè)表面上沉積厚度為例如約2nm至約200nm、例如約20nm的SiN以形成SiN膜5。隨后，通過(guò)濺射法等在 SiN膜5上沉積厚度為例如約2nm至約200nm、例如約20nm的NiO以形成NiO膜17。通過(guò)上面的過(guò)程，形成了其中SiN膜5和NiO膜17堆疊的鈍化膜。
隨后，如圖1OC所示，在NiO膜17中形成開(kāi)口 17a。
更詳細(xì)地，在NiO膜17的整個(gè)表面上施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。因此，形成了具有如下開(kāi)口的光刻膠掩模其中，NiO膜17的預(yù)定柵電極形成位置從該開(kāi)口露出。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)NiO膜17進(jìn)行干法蝕刻。此時(shí)，可以輕度蝕刻SiN膜5的表面層以及NiO膜17。因此，在NiO膜17的預(yù)定柵電極形成位置處形成開(kāi)口 17a。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模。
隨后，如圖1lA所示，在SiN膜5中形成開(kāi)口 5a。
更詳細(xì)地，在NiO膜17的整個(gè)表面上(包括SiN膜5上的從開(kāi)口 17a露出的區(qū)域)施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。因此，形成了具有如下開(kāi)口的光刻膠掩模其中，SiN膜5的在開(kāi)口 17a中的預(yù)定柵電極形成位置從該開(kāi)口露出。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)SiN膜5進(jìn)行干法蝕刻。因此，在SiN膜5的預(yù)定柵電極形成位置處形成了開(kāi)口 5a。NiO膜17的開(kāi)口 17a比 SiN膜5的開(kāi)口 5a寬。開(kāi)口 5a、17a彼此連通，使得形成用于形成柵電極的開(kāi)口。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模。
隨后，如圖1lB所示，形成柵電極18。
例如，使用Ni/Au (Ni用于下層，Au用于上層)作為電極材料。為了形成電極，例如，使用適用于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)的雙層光刻膠。該光刻膠被施加到NiO膜 17上，包括開(kāi)口 5a、17a的內(nèi)部，并且因此，形成光刻膠掩模，光刻膠掩模在預(yù)定柵電極形成位置處具有包括開(kāi)口 5a、17a的開(kāi)口。通過(guò)使用該光刻膠掩模，通過(guò)例如氣相沉積法沉積 Ni/Au。Ni的厚度為約30nm，Au的厚度為約400nm。通過(guò)剝離法移除具有檐式結(jié)構(gòu)的光刻膠掩模以及沉積在其上的Ni/Au。因此，形成與化合物半導(dǎo)體層2的表面處于肖特基接觸的柵電極18以使用柵極金屬填充開(kāi)口 5a、17a的內(nèi)部。
使用填充開(kāi)口 5a、17a的內(nèi)部并且騎在NiO膜17上的Ni以及沉積在Ni上的Au 來(lái)形成所謂的懸垂形狀的柵電極18。
其后，通過(guò)源電極3、漏電極4和柵電極18等的電連接過(guò)程，形成肖特基型AlGaN/ GaN HEMT。
在該實(shí)施方案中，鈍化膜形成為不含氧的SiN膜5與包含氧的NiO膜17的堆疊結(jié)構(gòu)。具有小的界面狀態(tài)的不含氧的絕緣膜適合作為鈍化膜。待成為肖特基表面的化合物半導(dǎo)體層2的表面被不含氧的SiN膜5直接覆蓋，并且SiN膜5主要用作保護(hù)膜。由于通過(guò) SiN膜5與肖特基表面相分離，所以NiO膜17可不影響肖特基表面。SiN膜5的開(kāi)口 5a與 NiO膜17的比開(kāi)口 5a寬的開(kāi)口 17a彼此連通，并且懸垂形狀的柵電極18形成為填充由開(kāi)口 5a、17a組成的開(kāi)口的內(nèi)部。在該結(jié)構(gòu)中，柵電極18形成在其填充開(kāi)口 5a的部分上、其填充開(kāi)口 17a的部分上以及懸垂部分的逐漸展開(kāi)的多級(jí)結(jié)構(gòu)(在此為三級(jí)結(jié)構(gòu))上，使得高壓操作期間的電場(chǎng)集中點(diǎn)被分散。
此外，在該實(shí)施方案中，NiO膜17在懸垂部分處與Ni的下表面相接觸。NiO用作 P型氧化物半導(dǎo)體。柵電極18的懸垂部分位于多級(jí)結(jié)構(gòu)的最上級(jí)處，并且在柵電極18中， 懸垂部分是最靠近漏電極4的部分并且因此在此處出現(xiàn)了最大的電場(chǎng)集中。由于與懸垂部分接觸的為P型氧化物半導(dǎo)體的NiO的存在，所以懸垂部分的橫向電阻增加以及在柵極端部處的場(chǎng)強(qiáng)大幅減小。因此，抑制了電 流崩塌現(xiàn)象。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施方案，獲得了甚至在高壓操作期間仍然能夠充分抑制電流崩塌現(xiàn)象并且實(shí)現(xiàn)高耐受電壓和高功率的高可靠性AlGaN/GaN HEMT。
(第七實(shí)施方案)
下文中，將描述根據(jù)第七實(shí)施方案的肖特基型AlGaN/GaN HEMT。注意，將用相同的附圖標(biāo)記表示與根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的組成構(gòu)件相同的組成構(gòu)件等，并且將省略其詳細(xì)描述。
圖12A和圖12B以及圖13A和圖13B是示出制造根據(jù)第七實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的橫截面圖。
首先，通過(guò)第一實(shí)施方案的圖1A至圖1C中的過(guò)程，形成SiN膜5和SiON膜6，如圖12A所示。
隨后，如圖12B所示，對(duì)SiON膜6進(jìn)行處理以形成具有開(kāi)口 6Aa的SiON片6A。
更詳細(xì)地，在SiON膜6的整個(gè)表面上施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。因此，形成了僅覆蓋SiON膜6的預(yù)定柵電極形成位置附近區(qū)域的帶狀的光刻膠掩模。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)SiON膜6進(jìn)行干法蝕刻。此時(shí)，可以輕度蝕刻SiN膜5的表面層和SiON膜6。因此，保留了帶狀的SiON膜6， 其僅覆蓋預(yù)定柵電極形成位置附近區(qū)域并且在預(yù)定柵電極形成位置處具有開(kāi)口 6Aa，并且形成了 SiON片6A。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模。
隨后，如圖13A所示，在SiN膜5中形成開(kāi)口 15a。
更詳細(xì)地，在SiN膜5的整個(gè)表面上，包括SiON片6A的上部，施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。因此，形成了具有如下開(kāi)口的光刻膠掩模其中，SiN膜5的在開(kāi)口 6Aa中的預(yù)定柵電極形成位置從該開(kāi)口露出。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)SiN膜5進(jìn)行干法蝕刻。因此，在SiN膜5的預(yù)定柵電極形成位置處形成了開(kāi)口 5a。SiON片6A的開(kāi)口 6Aa比 SiN膜5的開(kāi)口 5a寬。開(kāi)口 5a、6a彼此連通，使得形成用于形成柵電極的開(kāi)口。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模。
隨后，如圖13B所示，形成柵電極19。
例如，使用Ni/Au (Ni用于下層，Au用于上層)作為電極材料。為了形成電極，例如，使用適用于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)的雙層光刻膠。該光刻膠被施加到SiON片 6A上(包括開(kāi)口 5a、6a的內(nèi)部)，并且被施加到SiN膜5上，并且形成了光刻膠掩模，所述光刻膠掩模在預(yù)定柵電極形成位置處具有包括開(kāi)口 5a、6Aa的開(kāi)口。通過(guò)使用該光刻膠掩模，通過(guò)例如氣相沉積法沉積了 Ni/Au。Ni的厚度為約30nm，Au的厚度為約400nm。通過(guò)剝離法移除具有檐式結(jié)構(gòu)的光刻膠掩模以及沉積在其上的Ni/Au。因此，形成與化合物半導(dǎo)體層2的表面處于肖特基接觸的柵電極19以使用柵極金屬填充開(kāi)口 5a、6Aa的內(nèi)部。
使用填充開(kāi)口 5a、6Aa的內(nèi)部并且騎在SiON片6A上的Ni以及沉積在Ni上的Au 來(lái)形成所謂的懸垂形狀的柵電極19。在SiON片6A的與柵電極19的Ni相接觸的部分， SiON片6A的氧與柵電極19的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)，使得形成作為薄的氧化物膜的NiO 層 19a。
其后，通過(guò)源 電極3、漏電極4和柵電極19的電連接過(guò)程等，形成肖特基型AlGaN/ GaN HEMT。
在該實(shí)施方案中，形成了其中包含氧的SiON片6A形成于不含氧的SiN膜5上的鈍化膜。具有小的界面狀態(tài)的不含氧的絕緣膜適合作為鈍化膜。待成為肖特基表面的化合物半導(dǎo)體層2的表面被不含氧的SiN膜5直接覆蓋，并且SiN膜5主要用作保護(hù)膜。由于通過(guò)SiN膜5與肖特基界面分離，所以包含氧的SiON片6A可不影響肖特基表面。SiN膜5 的開(kāi)口 5a以及SiON片6A的比開(kāi)口 5a寬的開(kāi)口 6Aa彼此連通，并且處于懸垂形狀的柵電極19形成為填充由開(kāi)口 5a、6Aa組成的開(kāi)口的內(nèi)部。在該結(jié)構(gòu)中，柵電極19形成于其填充開(kāi)口 5a的部分上、其填充開(kāi)口 6Aa的部分上以及懸垂部分的逐漸展開(kāi)的多級(jí)結(jié)構(gòu)(在此為三級(jí)結(jié)構(gòu))上，使得高壓操作期間的電場(chǎng)集中點(diǎn)被分散。
此外，在該實(shí)施方案中，SiON片6A的氧以及柵電極19的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)以形成NiO層19a。NiO用作P型氧化物半導(dǎo)體。柵電極19的懸垂部分位于多級(jí)結(jié)構(gòu)的最上級(jí)處，并且在柵電極19中，懸垂部分是最靠近漏電極4的部分并且因此在此處出現(xiàn)最大的電場(chǎng)集中。由于形成于懸垂部分上的作為P型氧化物半導(dǎo)體的NiO層19a的存在，所以懸垂部分的橫向電阻增加并且在柵極端部處的場(chǎng)強(qiáng)大幅減小。因此，抑制了電流崩塌現(xiàn)象。
此外，在該實(shí)施方案中，在SiN膜5上，SiON片6A僅覆蓋柵電極19的懸垂部分附近并且SiON片6A是帶狀的具有開(kāi)口 6Aa的SiON的殘余物，并且移除除柵極端部的部分以外的所有SiON。因此，經(jīng)由SiON和SiON/SiN界面的漏電流的分量和電容分量大幅減小。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施方案，獲得了甚至在高壓操作期間仍然能夠充分抑制電流崩塌現(xiàn)象并且實(shí)現(xiàn)高耐受電壓和高功率的高可靠性AlGaN/GaN HEMT。
(第八實(shí)施方案)
下文中，將描述根據(jù)第八實(shí)施方案的肖特基型AlGaN/GaN HEMT。注意，將用相同的附圖標(biāo)記表示與根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的組成構(gòu)件相同的組成構(gòu)件等，并且將省略其詳細(xì)描述。
圖14A至圖14C以及圖15A和圖15B是示出制造根據(jù)第八實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖。
首先，通過(guò)第一實(shí)施方案的圖1A和圖1B中的過(guò)程，在化合物半導(dǎo)體層2上形成源電極3和漏電極4，如圖14A所示。
隨后，如圖14B所示，形成保護(hù)化合物半導(dǎo)體層2的表面的鈍化膜。
鈍化膜具有不含氧的下絕緣膜(在此為SiN(Si3N4)膜5)與包含氧的上絕緣膜(在此為NiO膜21)的堆疊結(jié)構(gòu)。
更詳細(xì)地，通過(guò)等離子體CVD法、濺射法等在化合物半導(dǎo)體層2的整個(gè)表面上沉積厚度為例如約2nm至約200nm、例如約20nm的SiN以形成SiN膜5。隨后，通過(guò)濺射法或類似方法在SiN膜5上沉積厚度為例如約2nm至約200nm、例如約20nm的NiO以形成NiO膜 21。因此，形成了其中SiN膜5和NiO膜21堆疊的鈍化膜。
隨后，如圖14C所示，對(duì)NiO膜21進(jìn)行處理，從而形成具有開(kāi)口 2IAa的NiO片21A。
更詳細(xì)地，在Ni O膜21的整個(gè)表面上施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。因此，形成了僅覆蓋NiO膜21的預(yù)定柵電極形成位置附近區(qū)域的帶狀的光刻膠掩模。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)NiO膜21進(jìn)行干法蝕刻。此時(shí)，可以輕度蝕刻SiN層5的表面層和NiO膜21。因此，保留了帶狀的NiO膜21， 其僅覆蓋預(yù)定柵電極形成位置附近區(qū)域并且在預(yù)定柵電極形成位置處具有開(kāi)口 21Aa，并且形成了 NiO片21A。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模。
隨后，如圖15A所示，在SiN膜5中形成開(kāi)口 5a。
更詳細(xì)地，在SiN膜5的整個(gè)表面上(包括NiO片21A的上部)施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。因此，形成了具有如下開(kāi)口的光刻膠掩模其中，SiN膜5 的在開(kāi)口 21Aa中的預(yù)定柵電極形成位置從該開(kāi)口露出。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)SiN膜5進(jìn)行干法蝕刻。因此，在SiN膜5的預(yù)定柵電極形成位置處形成了開(kāi)口 5a。NiO片21A的開(kāi)口 21Aa比 SiN膜5的開(kāi)口 5a寬。開(kāi)口 5a、21Aa彼此連通，使得形成用于形成柵電極的開(kāi)口。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模。
隨后，如圖15B所示，形成柵電極22。
例如，使用Ni/Au (Ni用于下層，Au用于上層)作為電極材料。為了形成電極，例如，使用適用于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)的雙層光刻膠。該光刻膠被施加到NiO片 21A上(包括開(kāi)口 5a、21Aa的內(nèi)部)，并且被施加到SiN膜5上，因此，形成了光刻膠掩模， 所述光刻膠掩模在預(yù)定柵電極形成位置處具有包括開(kāi)口 5a、21Aa的開(kāi)口。通過(guò)使用該光刻膠掩模，通過(guò)例如氣相沉積法沉積Ni/Au。Ni的厚度為約30nm，Au的厚度為約400nm。通過(guò)剝離法移除具有檐式結(jié)構(gòu)的光刻膠掩模以及沉積在其上的Ni/Au。因此，與化合物半導(dǎo)體層2的表面處于肖特基接觸的柵電極22形成為使用柵極金屬填充開(kāi)口 5a、21Aa的內(nèi)部。
使用填充開(kāi)口 5a、2IAa的內(nèi)部并且騎在NiO片2IA上的Ni以及沉積在Ni上的Au 來(lái)形成所謂的懸垂形狀的柵電極22。
其后，通過(guò)源電極3、漏電極4和柵電極22的電連接過(guò)程等，形成肖特基型AlGaN/ GaN HEMT。
在該實(shí)施方案中，形成了其中包含氧的NiO片2IA形成在不含氧的SiN膜5上的鈍化膜。具有小的界面狀態(tài)的不含氧的絕緣膜適合作為鈍化膜。待成為肖特基表面的化合物半導(dǎo)體層2的表面被不含氧的SiN膜5直接覆蓋，并且SiN膜5主要用作保護(hù)膜。由于通過(guò)SiN膜5與肖特基表面分離，所以包含氧的NiO片2IA可不影響肖特基表面。SiN膜5 的開(kāi)口 5a與NiO片21A的比開(kāi)口 5a寬的開(kāi)口 21Aa彼此連通，并且懸垂形狀的柵電極22 形成為填充由開(kāi)口 5a、21Aa組成的開(kāi)口的內(nèi)部。在該結(jié)構(gòu)中，柵電極22形成于其填充開(kāi)口 5a的部分上、其填充開(kāi)口 21Aa的部分上以及懸垂部分的逐漸展開(kāi)的多級(jí)結(jié)構(gòu)(在此為三級(jí)結(jié)構(gòu))上，使得高壓操作期間的電場(chǎng)集中點(diǎn)被分散。
此外，在該實(shí)施方案中，NiO片21A與懸垂部分處的Ni的下表面接觸。NiO用作p 型氧化物半導(dǎo)體。柵電極22的懸垂部分位于多級(jí)結(jié)構(gòu)的最上級(jí)處，并且在柵電極22中，懸垂部分是最靠近漏電極4的部分并且因此在此處出現(xiàn)了最大的電場(chǎng)集中。由于與懸垂部分接觸的作為P型氧化物半導(dǎo)體的NiO的存在，懸垂部分的橫向電阻增加以及在柵極端部處的場(chǎng)強(qiáng)大幅減小。因此，抑制了電流崩塌現(xiàn)象。
此外，在該實(shí)施方案中，NiO片21A僅覆蓋柵電極22的懸垂部分附近并且是帶狀的具有開(kāi)口 21Aa的NiO的殘余物，并且移除了除在柵極端部的部分處以外的所有SiON。因此，經(jīng)由NiO和NiO/SiN的界面的漏電流的分量和電容分量大幅減小。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施方案，獲得了甚至在高壓操作期間仍然能夠充分抑制電流崩塌現(xiàn)象并且實(shí)現(xiàn)高耐受電壓和高功率的高可靠性AlGaN/GaN HEMT。
(第九實(shí)施方案)
下文中，將描述根據(jù)第九實(shí)施方案的肖特基型AlGaN/GaN HEMT。注意，將用相同的附圖標(biāo)記表示與根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的組成構(gòu)件相同的組成構(gòu)件等，并且將省略其詳細(xì)描述。
圖16A和圖16B以及圖17A和圖17B是示出制造根據(jù)第九實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖。
首先，通過(guò)第一實(shí)施方案的圖1A至圖1C中的過(guò)程，形成SiN膜5和SiON膜6，如圖16A所示。
隨后，如圖16B所示，對(duì)SiON膜6進(jìn)行處理，使得僅留下SiON膜6的漏電極4側(cè)， 從而形成了 SiON層6B。
更詳細(xì)地，在SiON膜6的整個(gè)表面上施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。因此，形成了僅覆蓋SiON膜6的漏電極4側(cè)的光刻膠掩模。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)SiON膜6進(jìn)行干法蝕亥|J。此時(shí)，可以輕度蝕刻SiN膜5的表面層和SiON膜6。因此，保留了 SiON膜6以僅覆蓋漏電極4側(cè)，并且形成了 SiON層6B。在此，SiON層6B的端部變成預(yù)定柵電極形成位置的漏電極4側(cè)端部，并且從該端部朝著源電極3側(cè)擴(kuò)展的區(qū)域稱作開(kāi)口 6Ba。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模。
隨后，如圖17A所示，在SiN膜5中形成開(kāi)口 5a。
更詳細(xì)地，在SiON層6B的整個(gè)表面上(包括SiN膜5上的從開(kāi)口 6Ba露出的區(qū)域)施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。因此，形成了具有如下開(kāi)口的光刻膠掩模其中，SiN膜5的在開(kāi)口 6Ba中的預(yù)定柵電極形成位置從該開(kāi)口露出。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)SiN膜5進(jìn)行干法蝕刻。因此，在SiN膜5的預(yù)定柵電極形成位置處形成開(kāi)口 5a。SiON層6B的開(kāi)口 6Ba的端部形成為朝著漏電極4偏離SiN膜5的開(kāi)口 5a的漏電極4側(cè)端部。開(kāi)口 5a、6Ba彼此連通， 使得形成用于形成柵電極的開(kāi)口。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模。
隨后，如圖17B所示，形成柵電極23。
例如，使用Ni/Au (Ni用于下層，Au用于上層)作為電極材料。為了形成電極，例如，使用適用于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)的雙層光刻膠。該光刻膠被施加到SiON層 6B上以及包括開(kāi)口 5a的內(nèi)部的SiN膜5上，因此形成了光刻膠掩模，所述光刻膠掩模在預(yù) 定柵電極形成位置處具有包括開(kāi)口 5a的開(kāi)口。通過(guò)使用該光刻膠掩模，通過(guò)例如氣相沉積法沉積Ni/Au。Ni的厚度為約30nm，Au的厚度為約400nm。通過(guò)剝離法移除具有檐式結(jié)構(gòu)的光刻膠掩模以及沉積在其上的Ni/Au。因此，與化合物半導(dǎo)體層2的表面處于肖特基接觸的柵電極23形成為使用柵極金屬填充開(kāi)口 5a。
使用填充開(kāi)口 5a的內(nèi)部并且穿過(guò)開(kāi)口 6Ba的端部以騎在SiON層6A上的Ni以及沉積在Ni上的Au來(lái)形成處于所謂的懸垂形狀的柵電極23。在SiON層6B的表面的開(kāi)口 6Ba的端部附近，在與柵電極23的Ni相接觸的部分處，SiON膜6的氧與柵電極23的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)，使得形成作為薄的氧化物膜的NiO層23a。
其后，通過(guò)源電極3、漏電極4和柵電極23的電連接過(guò)程等，形成肖特基型AlGaN/ GaN HEMT。
在該實(shí)施方案中，鈍化膜形成為不含氧的SiN膜5與包含氧的SiON層6A的堆疊結(jié)構(gòu)。具有小的界面狀態(tài)的不含氧的絕緣膜適合作為鈍化膜。待成為肖特基表面的化合物半導(dǎo)體層2的表面被不含氧的SiN膜5直接覆蓋，并且SiN膜5主要用作保護(hù)膜。由于通過(guò)SiN膜5與肖特基表面分離，所以包含氧的SiON層6A可不影響肖特基表面。SiN膜5的開(kāi)口 5a與SiON層6B的開(kāi)口 6Ba彼此連通，其中，SiON層6B的端部朝著漏電極4側(cè)背離開(kāi)口 5a的漏電極4側(cè)端部的端部，并且穿過(guò)開(kāi)口 6Ba的端部以騎在SiON層6A上的懸垂形狀的柵電極23形成為填充開(kāi)口 5a。在該結(jié)構(gòu)中，柵電極23形成于其填充開(kāi)口 5a的部分上、 其填充開(kāi)口 5a的漏電極4側(cè)端部與開(kāi)口 6Ba的端部之間的間隙的部分上以及穿過(guò)開(kāi)口 6Ba 的端部以騎在SiON層6A上的懸垂部分的逐漸展開(kāi)的多級(jí)結(jié)構(gòu)(在此為三級(jí)結(jié)構(gòu))上，使得高壓操作期間的電場(chǎng)集中點(diǎn)被分散。
此外，在該實(shí)施方案中，SiON層6B的氧與柵電極23的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)以形成NiO層23a。NiO用作P型氧化物半導(dǎo)體。柵電極23的懸垂部分位于多級(jí)結(jié)構(gòu)的最上級(jí)處，并且在柵電極23中，懸垂部分是最靠近漏電極4的部分并且因此在此處出現(xiàn)最大的電場(chǎng)集中。由于形成于懸垂部分上的為P型氧化物半導(dǎo)體的NiO層23a的存在，所以懸垂部分的橫向電阻增加并且在柵極端部處的場(chǎng)強(qiáng)大幅減小。因此，抑制了電流崩塌現(xiàn)象。
此外，在該實(shí)施方案中，SiON層6B是保留在SiN膜5上的SiON，以僅覆蓋漏電極 4偵彳，并且移除了除在柵電極23與漏電極4之間的間隙處的SiON以外的所有SiON。因此， 能夠抑制由于柵電極23與源電極3之間的電阻的增加而引起的源極電阻的增加。
(第十實(shí)施方案)
下文中，將描述根據(jù)第十實(shí)施方案的肖特基型AlGaN/GaN HEMT。注意，將用相同的附圖標(biāo)記表示與根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的組成構(gòu)件相同的組成構(gòu)件等，并且將省略其詳細(xì)描述。
圖18A至圖18C以及圖19A和圖19B是示出制造根據(jù)第十實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖。
首先，通過(guò)第一實(shí)施方案的圖1A至圖1C中的過(guò)程，形成SiN膜5和SiON膜6，如圖18A所示。
隨后，如圖18B所示，在SiON膜6的表面層上形成富氧膜24。
更詳細(xì)地，使用氧等離子體對(duì)SiON膜6的表面進(jìn)行處理。因此，SiON膜6的表面層被氧化，使得僅在表面層上形成氧含量高的SiON的富氧膜24。
隨后，如圖18C所示，在富氧膜24和SiON膜6中形成開(kāi)口 25。
更詳細(xì)地，在富氧膜24的整個(gè)表面上施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。因此，形成了具有如下開(kāi)口的光刻膠掩模其中，富氧膜24的預(yù)定柵電極形成位置從該開(kāi)口露出。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)富氧膜24和SiON膜 6進(jìn)行干法蝕刻。此時(shí)，可以輕度蝕刻SiN膜5的表面層、富氧膜24以及SiON膜6。因此， 在富氧膜24和SiON膜6的預(yù)定柵電極形成位置處形成了開(kāi)口 25。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模。
隨后，如圖19A所示，在SiN膜5中形成開(kāi)口 5a。
更詳細(xì)地，在富氧膜24的整個(gè)表面上，包括SiN膜5上的從開(kāi)口 25露出的區(qū)域，施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。因此，形成了具有如下開(kāi)口的光刻膠掩模其中，SiN膜5的在開(kāi)口 25中的預(yù)定柵電極形成位置從該開(kāi)口露出。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)SiN膜5進(jìn)行干法蝕刻。因此，在SiN膜5的預(yù)定柵電極形成位置處形成了開(kāi)口 5a。SiON層6B和富氧膜24的開(kāi)口 25比SiN膜5的開(kāi)口 5a寬。開(kāi)口 5a、25彼此連通，使得形成用于形成柵電極的開(kāi)口。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模。
隨后，如圖19B所示，形成柵電極26。
例如，使用Ni/Au (Ni用于下層，Au用于上層)作為電極材料。為了形成電極，例如，使用適用于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)的雙層光刻膠。該光刻膠被施加到富氧膜 24上，包括開(kāi)口 5a、25的內(nèi)部，并且因此，形成了光刻膠掩模，光刻膠掩模在預(yù)定柵電極形成位置處具有包括開(kāi)口 5a、25的開(kāi)口。通過(guò)使用該光刻膠掩模，通過(guò)例如氣相沉積法沉積了 Ni/Au。Ni的厚度為約30nm，Au的厚度為約400nm。通過(guò)剝離法移除具有檐式結(jié)構(gòu)的光刻膠掩模以及沉積在其上的Ni/Au。因此，與化合物半導(dǎo)體層2的表面處于肖特基接觸的柵電極26被形成為使用柵極金屬填充開(kāi)口 5a、25的內(nèi)部。
使用填充開(kāi)口 5a、25的內(nèi)部并且騎在富氧膜24上的Ni以及沉積在Ni上的Au來(lái)形成所謂的懸垂形狀的柵電極26。在富氧膜24的表面的開(kāi)口 25附近，在與柵電極26的 Ni相接觸的部分處，富氧膜24的氧與柵電極26的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)，使得形成作為薄的氧化物膜的NiO層26a。
其后，通過(guò)源電極3、漏電極4和柵電極26的電連接過(guò)程等，形成肖特基型AlGaN/ GaN HEMT。
在該實(shí)施方案中，鈍化膜形成為不含氧的SiN膜5與包含氧的具有形成于其表面層上的富氧膜24的SiON層6的堆疊結(jié)構(gòu)。具有小的界面狀態(tài)的不含氧的絕緣膜適合作為鈍化膜。待成為肖特基表面的化合物半導(dǎo)體層2的表面被不含氧的SiN膜5直接覆蓋，并且SiN膜5主要用作保護(hù)膜。由于通過(guò)SiN膜5與肖特基界面分離，所以包含氧的SiON層 6(以及富氧膜24)可不影響肖特基表面。SiN膜5的開(kāi)口 5a以及SiON膜6和富氧膜24 的比開(kāi)口 5a寬的開(kāi)口 25彼此連通，并且處于懸垂形狀的柵電極26形成為填充由開(kāi)口 5a、 25組成的開(kāi)口的內(nèi)部。在該結(jié)構(gòu)中，柵電極26形成于其填充開(kāi)口 5a的部分上、其填充開(kāi)口 25的部分上以及懸垂部分的逐漸展開(kāi)的多級(jí)結(jié)構(gòu)(在此為三級(jí)結(jié)構(gòu))上，使得高壓操作期間的電場(chǎng)集中點(diǎn)被分散。
此外，在該實(shí)施方案中，富氧膜24的氧以及柵電極26的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)以形成NiO層26a。由于懸垂部分的Ni與氧含量高的富氧膜24相接觸，因此，促進(jìn)了 Ni的氧化。NiO用作P型氧化物半導(dǎo)體。柵電極26的懸垂部分位于多級(jí)結(jié)構(gòu)的最上級(jí)處，并且在柵電極26中，懸垂部分是最靠近漏電極4的部分并且因此在此處出現(xiàn)最大的電場(chǎng)集中。 由于形成于懸垂部分上的為P型氧化物半導(dǎo)體的NiO層26a的存在，所以懸垂部分的橫向電阻增加并且在柵極端部處的場(chǎng)強(qiáng)大幅減小。這與富氧膜24的存在的作用一起實(shí)現(xiàn)了對(duì)電流崩塌現(xiàn)象的進(jìn)一步的抑制。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施方案，獲得了甚至在高壓操作期間仍然能夠充分抑制電流崩塌現(xiàn)象并且實(shí)現(xiàn)高耐受電壓和高功率的高可靠性AlGaN/GaN HEMT。
(第^實(shí)施方案)
下文中，將描述根據(jù)第i^一實(shí)施方案的肖特基型AlGaN/GaN HEMT。注意，將用相同的附圖標(biāo)記表示與根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的組成構(gòu)件相同的組成構(gòu)件等，并且將省略其詳細(xì)描述。
圖20A和圖20B以及圖21A和圖21B是示出制造根據(jù)第i^一實(shí)施方案的AlGaN/ GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖。
首先，通過(guò)第一實(shí)施方案的圖1A至圖1C中的過(guò)程，形成SiN膜5和SiON膜6，如圖20A所示。
隨后，如圖20B所示，分別在SiON膜6和SiN膜5中同時(shí)形成開(kāi)口 6b和開(kāi)口 5a， 以使其具有基本相同的寬度。
更詳細(xì)地，在SiON膜6的整個(gè)表面上施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。因此，形成了具有開(kāi)口 27a的光刻膠掩模27 :其中，SiON膜6的預(yù)定柵電極形成位置從開(kāi)口 27a露出。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)SiON膜6和SiN膜 5進(jìn)行干法蝕刻。因此，分別在SiON膜6和SiN膜5中的預(yù)定柵電極形成位置處同時(shí)形成開(kāi)口 6b和開(kāi)口 5a，以使其具有基本相同的寬度。
隨后，如圖21A所示，在SiON膜6中形成開(kāi)口 6a。
更詳細(xì)地，通過(guò)繼續(xù)地使用光刻膠掩模27，執(zhí)行使用例如緩沖氫氟酸(BHF)的濕法蝕刻。在該實(shí)施方案中，在SiN膜5中的使用BHF的蝕刻速率與在SiON膜6中的蝕刻速率不同，并且選擇SiN膜5和SiON膜6的膜品質(zhì)，使得SiON膜6的蝕刻速率比SiN膜5的蝕刻速率大。因此，SiN膜5幾乎不被蝕刻并且開(kāi)口 5a的寬度不改變，而SiON膜6被蝕刻并且開(kāi)口 6b的寬度擴(kuò)大，使得形成比開(kāi)口 5a寬的開(kāi)口 6a。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模27。
隨后，如圖21B所示，形成柵電極28。
例如，使用Ni/Au (Ni用于下層，Au用于上層)作為電極材料。為了形成電極，例如，使用適用于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)的雙層光刻膠。該光刻膠被施加到SiON膜 6上(包括開(kāi)口 5a、6a的內(nèi)部)，并且形成光刻膠掩模,光刻膠掩模在預(yù)定柵電極形成位置處具有包括開(kāi)口 5a、6a的開(kāi)口。通過(guò)使用該光刻膠掩模，通過(guò)例如氣相沉積法沉積Ni/Au。 Ni的厚度為約30nm，Au的厚度為約400nm。通過(guò)剝離法移除具有檐式結(jié)構(gòu)的光刻膠掩模以及沉積在其上的Ni/Au。因此，與化合物半導(dǎo)體層2的表面處于肖特基接觸的柵電極28形成為使用柵極金屬填充開(kāi)口 5a、6a的內(nèi)部。
使用填充開(kāi)口 5a、6a的內(nèi)部并且騎在SiON膜6上的Ni以及沉積在Ni上的Au來(lái)形成處于所謂的懸垂形狀的柵電極28。在SiON膜6的表面的開(kāi)口 6a附近，在與柵電極28 的Ni相接觸的部分處，SiON膜6的氧與柵電極28的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)，使得形成作為薄的氧化物膜的NiO層28a。
其后，通過(guò)源電極3、漏電極4和柵電極28的電連接過(guò)程等，形成肖特基型AlGaN/ GaN HEMT。
在該實(shí)施方案中，鈍化膜形成為不含氧的SiN膜5與包含氧的SiON膜6的堆疊結(jié)構(gòu)。具有小的界面狀態(tài)的不含氧的絕緣膜適合作為鈍化膜。待成為肖特基表面的化合物半導(dǎo)體層2的表面被不含氧的SiN膜5直接覆蓋，并且SiN膜5主要用作保護(hù)膜。由于通過(guò) SiN膜5與肖特基界面相分離，所以包含氧的SiON膜6可不影響肖特基表面。SiN膜5的開(kāi)口 5a以及SiON膜6的比開(kāi)口 5a寬的開(kāi)口 6a彼此連通，并且懸垂形狀的柵電極28形成為填充由開(kāi)口 5a、6a組成的開(kāi)口的內(nèi)部。在該結(jié)構(gòu)中，柵電極28形成于其填充開(kāi)口 5a的部分上、其填充開(kāi)口 6a的部分上以及懸垂部分的逐漸展開(kāi)的多級(jí)結(jié)構(gòu)(在此為三級(jí)結(jié)構(gòu)) 上，使得高壓操作期間的電場(chǎng)集中點(diǎn)被分散。
此外，在該實(shí)施方案中，SiON膜6的氧與柵電極28的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)以形成NiO層28a。NiO用作P型氧化物半導(dǎo)體。柵電極28的懸垂部分位于多級(jí)結(jié)構(gòu)的最上級(jí)處，并且在柵電極28中，懸垂部分是最靠近漏電極4的部分并且因此在此處出現(xiàn)最大的電場(chǎng)集中。由于形成于懸垂部分上的作為P型氧化物半導(dǎo)體的NiO層28a的存在，所以懸垂部分的橫向電阻增加并且在柵極端部處的場(chǎng)強(qiáng)大幅減小。因此，抑制了電流崩塌現(xiàn)象。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施方案，獲得了甚至在高壓操作期間仍然能夠充分抑制電流崩塌現(xiàn)象并且實(shí)現(xiàn)高耐受電壓和高功率的高可靠性AlGaN/GaN HEMT。
(第十二實(shí)施方案)
下文中，將描述根據(jù)第十二實(shí)施方案的肖特基型AlGaN/GaN HEMT。注意，將用相同的附圖標(biāo)記表示與根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的組成構(gòu)件相同的組成構(gòu)件等，并且將省略其詳細(xì)描述。
圖22A和圖22B以及圖23A和圖23B是示出制造根據(jù)第十二實(shí)施方案的AlGaN/ GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖。
首先，通過(guò)第一實(shí)施方案的圖1A至圖1C中的過(guò)程，形成SiN膜5和SiON膜6，如圖22A所示。
隨后，如圖22B所示，分別在SiON膜6和SiN膜5中同時(shí)形成開(kāi)口 6b和凹部5b， 以使其具有基本相同的寬度。
更詳細(xì)地，在SiON膜6的整個(gè)表面上施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。因此，形成了具有開(kāi)口 29a的光刻膠掩模29，其中，SiON膜6的預(yù)定柵電極形成位置從開(kāi)口 29a露出。
通過(guò)使用該光刻膠掩模29，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)SiON膜6和SiN 膜5進(jìn)行干法蝕刻。執(zhí)行的干法蝕刻直到SiN膜5的中間，即，使得例如僅剩下約5nm厚度的SiN膜5。因此，分別在SiON膜6和SiN膜5中的預(yù)定柵電極形成位置處同時(shí)形成開(kāi)口 6b和凹部5b，以使其具有基本相同的寬度。
隨后，如圖23A所示，在SiON膜6中形成開(kāi)口 6a，在SiN膜5中形成開(kāi)口 5a。
更詳細(xì)地，通過(guò)繼續(xù)地使用光刻膠掩模29，執(zhí)行使用例如緩沖氫氟酸(BHF)的濕法蝕刻。在該實(shí)施方案中，在SiN膜5中的使用BHF的蝕刻速率與SiON膜6中的蝕刻速率不同，并且選擇SiN膜5和SiON膜6的膜品質(zhì)，使得SiON膜6的蝕刻速率比SiN膜5的蝕刻速率大。因此，在SiN膜5中，通過(guò)微量的蝕刻形成了開(kāi)口 5a，其中，電子供給層2d的表面的部分從開(kāi)口 5a露出，以及在SiON膜6中，通過(guò)蝕刻使開(kāi)口 6b的寬度擴(kuò)大，使得形成比開(kāi)口 5a寬的開(kāi)口 6a。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模29。
隨后，如圖23B所示，形成柵電極31。
例如，使用Ni/Au (Ni用于下層，Au用于上層)作為電極材料。為了形成電極，例如，使用適用于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)的雙層光刻膠。該光刻膠被施加到SiON膜6上，包括開(kāi)口 5a、6a的內(nèi)部,并且形成了光刻膠掩模，光刻膠掩模在預(yù)定柵電極形成位置處具有包括開(kāi)口 5a、6a的開(kāi)口。通過(guò)使用該光刻膠掩模,通過(guò)例如氣相沉積法沉積了 Ni/ Au。Ni的厚度為約30nm，Au的厚度為約400nm。通過(guò)剝離法移除具有檐式結(jié)構(gòu)的光刻膠掩模以及沉積在其上的Ni/Au。因此，與化合物半導(dǎo)體層2的表面處于肖特基接觸的柵電極 31形成為使用柵極金屬填充開(kāi)口 5a、6a的內(nèi)部。
使用填充開(kāi)口 5a、6a的內(nèi)部并且騎在SiON膜6上的Ni以及沉積在Ni上的Au來(lái)形成所謂的懸垂形狀的柵電極31。在SiON膜6的表面的開(kāi)口 6a附近，在與柵電極31的 Ni相接觸的部分處，SiON膜6的氧與柵電極28的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)，使得形成作為薄的氧化物膜的NiO層31a。
其后，通過(guò)源電極3、漏電極4和柵電極31的電連接過(guò)程等，形成肖特基型AlGaN/ GaN HEMT。
在該實(shí)施方案中，鈍化膜形成為不含氧的SiN膜5與包含氧的SiON膜6的堆疊結(jié)構(gòu)。具有小的界面狀態(tài)的不含氧的絕緣膜適合作為鈍化膜。待成為肖特基表面的化合物半導(dǎo)體層2的表面被不含氧的SiN膜5直接覆蓋，并且SiN膜5主要用作保護(hù)膜。由于通過(guò) SiN膜5與肖特基表面相分離，所以包含氧的SiON膜6可不影響肖特基表面。SiN膜5的開(kāi)口 5a以及SiON膜6的比開(kāi)口 5a寬的開(kāi)口 6a彼此連通，并且懸垂形狀的柵電極31形成為填充由開(kāi)口 5a、6a組成的開(kāi)口的內(nèi)部。在該結(jié)構(gòu)中，柵電極31形成于其填充開(kāi)口 5a的部分上、其填充開(kāi)口 6a的部分上以及懸垂部分的逐漸展開(kāi)的多級(jí)結(jié)構(gòu)(在此為三級(jí)結(jié)構(gòu)) 上，使得高壓操作期間的電場(chǎng)集中點(diǎn)被分散。
此外，在該實(shí)施方案中，SiON膜6的氧與柵電極31的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)以形成NiO層31a。NiO用作P型氧化物半導(dǎo)體。柵電極31的懸垂部分位于多級(jí)結(jié)構(gòu)的最上級(jí)處，并且在柵電極31中，懸垂部分是最靠近漏電極4的部分，因此在此處出現(xiàn)最大的電場(chǎng)集中。由于形成于懸垂部分上的作為P型氧化物半導(dǎo)體的NiO層31a的存在，所以懸垂部分的橫向電阻增加并且在柵極端部處的場(chǎng)強(qiáng)大幅減小。因此，抑制了電流崩塌現(xiàn)象。
此外，在該實(shí)施方案中，在對(duì)SiON膜6和SiN膜5進(jìn)行干法蝕刻時(shí)，則SiN膜5被薄薄地留下，使得為肖特基表面的化合物半導(dǎo)體層2的表面不被露出。因此，大幅減小了由于干法蝕刻對(duì)肖特基表面造成的損壞。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施方案，獲得了甚至在高壓操作期間仍然能夠充分抑制電流崩塌現(xiàn)象并且實(shí)現(xiàn)高耐受電壓和高功率的高可靠性AlGaN/GaN HEMT。
(第十三實(shí)施方案)
下文中 ，將描述根據(jù)第十三實(shí)施方案的肖特基型AlGaN/GaN HEMT。注意，將用相同的附圖標(biāo)記表示與根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的組成構(gòu)件相同的組成構(gòu)件等，并且將省略其詳細(xì)描述。
圖24A至圖24C以及圖25A和圖25B是示出制造根據(jù)第十三實(shí)施方案的AlGaN/ GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖。
首先，通過(guò)第一實(shí)施方案的圖1A和圖1B中的過(guò)程，在化合物半導(dǎo)體層2上形成源電極3和漏電極4，如圖24A所示。
隨后，如圖24B所示，形成保護(hù)化合物半導(dǎo)體層2的表面的鈍化膜。
鈍化膜具有在此為SiN(Si3N4)膜5的不含氧的下絕緣膜與在此為SiO2膜32的包含氧的上絕緣膜的堆疊結(jié)構(gòu)。
更詳細(xì)地，通過(guò)等離子體CVD法、濺射法等在化合物半導(dǎo)體層2的整個(gè)表面上沉積厚度為例如約2nm至約200nm、例如約20nm的SiN以形成SiN膜5。隨后，通過(guò)等離子體CVD 法、濺射法等在SiN膜5上沉積厚度為例如約2nm至約200nm、例如約20nm的SiO2以形成 SiO2膜32。因此，形成了其中SiN膜5和SiO2膜32堆疊的鈍化膜。
隨后，如圖24C所示，在5叫膜32中形成開(kāi)口 32a。
更詳細(xì)地，在SiO2膜32的整個(gè)表面上施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。因此，形成了具有如下開(kāi)口的光刻膠掩模其中，SiO2膜32的預(yù)定柵電極形成位置從該開(kāi)口露出。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)SiO2膜32進(jìn)行干法蝕刻。此時(shí)，可以輕度蝕刻SiN層5的表面層和SiO2膜32。因此，在SiO2膜32的預(yù)定柵電極形成位置處形成了開(kāi)口 32a。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模。
隨后，如圖25A所示，在SiN膜5中形成開(kāi)口 5a。
更詳細(xì)地，在SiO2膜32的整個(gè)表面上，包括SiN膜5上的從開(kāi)口 32a露出的區(qū)域， 施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。因此，形成了具有如下開(kāi)口的光刻膠掩模其中，SiN膜5的在開(kāi)口 32a中的預(yù)定柵電極形成位置從該開(kāi)口露出。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)SiN膜5進(jìn)行干法蝕刻。因此，在SiN膜5的預(yù)定柵電極形成位置處形成了開(kāi)口 5a。SiO2膜32的開(kāi)口 32a比 SiN膜5的開(kāi)口 5a寬。開(kāi)口 5a、32a彼此連通，使得形成用于形成柵電極的開(kāi)口。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模。
隨后，如圖25B所示，形成柵電極33。
例如，使用Ni/Au (Ni用于下層，Au用于上層)作為電極材料。為了形成電極，例如，使用適用于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)的雙層光刻膠。該光刻膠被施加到SiO2膜 32上，包括開(kāi)口 5a、32a的內(nèi)部，并且形成了光刻膠掩模，光刻膠掩模在預(yù)定柵電極形成位置處具有包括開(kāi)口 5a、32a的開(kāi)口。通過(guò)使用該光刻膠掩模，通過(guò)例如氣相沉積法沉積Ni/ Au。Ni的厚度為約30nm，Au的厚度為約400nm。通過(guò)剝離法移除具有檐式結(jié)構(gòu)的光刻膠掩模以及沉積在其上的Ni/Au。因此，與化合物半導(dǎo)體層2的表面處于肖特基接觸的柵電極 33形成為使用柵極金屬填充開(kāi)口 5a、32a的內(nèi)部。
使用填充開(kāi)口 5a、32a的內(nèi)部并且騎在SiO2膜32上的Ni以及沉積在Ni上的Au 來(lái)形成所謂的懸垂形狀的柵電極33。在SiO2膜32的表面的開(kāi)口 32a附近，在與柵電極33 的Ni相接觸的部分處，SiO2膜32的氧與柵電極33的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)，使得形成作為薄的 氧化物膜的NiO層33a。
其后，通過(guò)源電極3、漏電極4和柵電極33的電連接過(guò)程等，形成肖特基型AlGaN/ GaN HEMT。
在該實(shí)施方案中，鈍化膜形成為不含氧的SiN膜5與氧含量高的SiO2膜32的堆疊結(jié)構(gòu)。具有小的界面狀態(tài)的不含氧的絕緣膜適合作為鈍化膜。為肖特基表面的化合物半導(dǎo)體層2的表面被不含氧的SiN膜5直接覆蓋，并且SiN膜5主要用作保護(hù)膜。由于通過(guò) SiN膜5與肖特基表面分離，所以包含氧的SiO2膜32可不影響肖特基表面。SiN膜5的開(kāi)口 5a與SiO2膜32的比開(kāi)口 5a寬的開(kāi)口 32a彼此連通，并且懸垂形狀的柵電極33形成為填充由開(kāi)口 5a、32a組成的開(kāi)口的內(nèi)部。在該結(jié)構(gòu)中，柵電極33形成于其填充開(kāi)口 5a的部分上、其填充開(kāi)口 32a的部分上以及懸垂部分的逐漸展開(kāi)的多級(jí)結(jié)構(gòu)(在此為三級(jí)結(jié)構(gòu)) 上，使得高壓操作期間的電場(chǎng)集中點(diǎn)被分散。
此外，在該實(shí)施方案中，SiO2膜32的氧與柵電極33的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)以形成NiO層33a。由于懸垂部分的Ni與氧含量高的SiO2膜32相接觸，因此，促進(jìn)了 Ni的氧化。NiO用作P型氧化物半導(dǎo)體。柵電極33的懸垂部分位于多級(jí)結(jié)構(gòu)的最上級(jí)處，并且在柵電極33中，懸垂部分是最靠近漏電極4的部分并且因此在此處出現(xiàn)了最大的電場(chǎng)集中。 由于形成于懸垂部分上的作為P型氧化物半導(dǎo)體的NiO層33a的存在，所以懸垂部分的橫向電阻增加并且在柵極端部處的場(chǎng)強(qiáng)大幅減小。因此，連同存在SiO2膜32的作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電流崩塌現(xiàn)象的進(jìn)一步的抑制。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施方案，獲得了甚至在高壓操作期間仍然能夠充分抑制電流崩塌現(xiàn)象并且實(shí)現(xiàn)高耐受電壓和高功率的高可靠性AlGaN/GaN HEMT。
(第十四實(shí)施方案)
下文中，將描述根據(jù)第十四實(shí)施方案的肖特基型AlGaN/GaN HEMT。注意，將用相同的附圖標(biāo)記表示與根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的組成構(gòu)件相同的組成構(gòu)件等，并且將省略其詳細(xì)描述。
圖26A和圖26B是示出制造根據(jù)第十四實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖。
首先，通過(guò)第一實(shí)施方案的圖1A至圖2B中的過(guò)程，在SiN膜5中形成開(kāi)口 5a，如圖26A所示。
隨后，如圖26B所示，形成柵電極34。
例如，使用Cu作為電極材料。為了形成電極，例如，使用適用于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)的雙層光刻膠。該光刻膠被施加 到SiON膜6上，包括開(kāi)口 5a、6a的內(nèi)部，并且形成了光刻膠掩模，光刻膠掩模在預(yù)定柵電極形成位置處具有包括開(kāi)口 5a、6a的開(kāi)口。通過(guò)使用該光刻膠掩模，通過(guò)例如氣相沉積法沉積Cu。Cu的厚度為約300nm。通過(guò)剝離法移除具有檐式結(jié)構(gòu)的光刻膠掩模以及沉積在其上的Cu。因此，與化合物半導(dǎo)體層2的表面處于肖特基接觸的柵電極34被形成為使用柵極金屬填充開(kāi)口 5a、6a的內(nèi)部。
使用填充開(kāi)口 5a、6a的內(nèi)部并且騎在SiON膜6上的Cu形成所謂的懸垂形狀的柵電極34。在SiON膜6的表面的開(kāi)口 6a附近，在與柵電極34相接觸的部分處，SiON膜6的氧與柵電極34的懸垂部分的Cu彼此反應(yīng)，使得形成作為薄的氧化物膜的CuO層34a。
其后，通過(guò)源電極3、漏電極4和柵電極34的電連接過(guò)程等，形成肖特基型AlGaN/ GaN HEMT。
在該實(shí)施方案中，鈍化膜形成為不含氧的SiN膜5與包含氧的SiON膜6的堆疊結(jié)構(gòu)。具有小的界面狀態(tài)的不含氧的絕緣膜適合作為鈍化膜。作為肖特基表面的化合物半導(dǎo)體層2的表面被不含氧的SiN膜5直接覆蓋，并且SiN膜5主要用作保護(hù)膜。由于通過(guò)SiN 膜5與肖特基表面分離，所以包含氧的SiON膜6可不影響肖特基表面。SiN膜5的開(kāi)口 5a 與SiON膜6的比開(kāi)口 5a寬的開(kāi)口 6a彼此連通，并且懸垂形狀的柵電極34形成為填充由開(kāi)口 5a、6a構(gòu)成的開(kāi)口的內(nèi)部。在該結(jié)構(gòu)中，柵電極34形成于其填充開(kāi)口 5a的部分上、其填充開(kāi)口 6a的部分上以及懸垂部分的逐漸展開(kāi)的多級(jí)結(jié)構(gòu)(在此為三級(jí)結(jié)構(gòu))上，使得高壓操作期間的電場(chǎng)集中點(diǎn)被分散。
此外，在該實(shí)施方案中，SiON膜6的氧與柵電極34的懸垂部分的Cu彼此反應(yīng)以形成CuO層34a。CuO用作p型氧化物半導(dǎo)體。柵電極34的懸垂部分位于多級(jí)結(jié)構(gòu)的最上級(jí)處，并且在柵電極34中，懸垂部分是最靠近漏電極4的部分并且因此在此處出現(xiàn)最大的電場(chǎng)集中。由于形成于懸垂部分上的為P型氧化物半導(dǎo)體的CuO層34a的存在，所以懸垂部分的橫向電阻增加并且在柵極端部處的場(chǎng)強(qiáng)大幅減小。因此，抑制了電流崩塌現(xiàn)象。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施方案，獲得了甚至在高壓操作期間仍然能夠充分抑制電流崩塌現(xiàn)象并且實(shí)現(xiàn)高耐受電壓和高功率的高可靠性AlGaN/GaN HEMT。
(第十五實(shí)施方案)
下文中，將描述根據(jù)第十五實(shí)施方案的肖特基型AlGaN/GaN HEMT。注意，將用相同的附圖標(biāo)記表示與根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的組成構(gòu)件相同的組成構(gòu)件等，并且將省略其詳細(xì)描述。
圖27A至圖27C以及圖28A至圖28C是示出制造根據(jù)第十五實(shí)施方案的AlGaN/ GaN HEMT的方法中的主要過(guò)程的示意性橫截面圖。
首先，如圖27A所示，在例如作為生長(zhǎng)襯底的半絕緣SiC襯底I上形成作為化合物半導(dǎo)體的堆疊結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體層10。可以使用Si襯底、藍(lán)寶石襯底、GaAs襯底、GaN 襯底等來(lái)代替SiC襯底作為生長(zhǎng)襯底。襯底的導(dǎo)電性可以是半絕緣的或?qū)щ姷摹?br> 化合物半導(dǎo)體層10包括緩沖層2a、電子傳輸層2b、中間層2c、電子供給層2d和蓋層2e ο
在完成的AlGaN/GaN HEMT中，在其操作期間，在電子傳輸層2b與電子供給層 2d(確切地說(shuō)，是中間層2c)之間的界面附近生成了二維電子氣(2DEG)?；陔娮觽鬏攲?2b和電子供給層2d的自發(fā)極化以及由可歸因于電子傳輸層2b的化合物半導(dǎo)體(在此為 GaN)與電子供給·層2d的化合物半導(dǎo)體(在此為AlGaN)之間的晶格常數(shù)的差別的畸變所引起的壓電極化，生成了該2DEG。
更詳細(xì)地，在SiC襯底I上，通過(guò)例如MOVPE法生長(zhǎng)以下化合物半導(dǎo)體?？梢允褂?MBE法等來(lái)代替MOVPE法。
在SiC襯底I上，依次生長(zhǎng)將成為緩沖層2a、電子傳輸層2b、中間層2c、電子供給層2d和蓋層2e的化合物半導(dǎo)體。通過(guò)在Si襯底I上生長(zhǎng)具有約O.1 μ m厚度的AlN形成緩沖層2a。通過(guò)生長(zhǎng)具有約Iym至約3 μπι厚度的1-GaN形成電子傳輸層2b。通過(guò)生長(zhǎng)具有約5nm厚度的1-AlGaN形成中間層2c。通過(guò)生長(zhǎng)具有約30nm厚度的n-AlGaN形成電子供給層2d。通過(guò)生長(zhǎng)具有約IOnm厚度的n-GaN形成蓋層2e。在一些情況下，不形成中間層2c?？梢孕纬?-AlGaN來(lái)作為電子供給層。
為了生長(zhǎng)GaNJfS Ga源的三甲基鎵(TMGa)氣體和氨(NH3)氣的混合氣體用作源氣體。為了生長(zhǎng)AlGaNJf TMAl氣體、TMGa氣體和NH3氣體的混合氣體用作源氣體。取決于待生長(zhǎng)的化合物半導(dǎo)體層，適當(dāng)?shù)卦O(shè)置是否提供TMAl氣體和TMGa氣體以及TMAl氣體和 TMGa氣體的流量。將作為共用源的NH3氣體的流量設(shè)定為約lOOsccm至約lOsim。此外， 將生長(zhǎng)壓力設(shè)定為約50托至約300托，并且將生長(zhǎng)溫度設(shè)定為約1000°C至約1200°C。
為了生長(zhǎng)為η型的AlGaN和GaN,即，為了形成電子供給層2d (n-AlGaN)和蓋層2e (n-GaN)，將η型雜質(zhì)添加到用于AlGaN和GaN的源氣體中。在此，以預(yù)定的流量將包含例如Si的氣體例如硅烷(SiH4)氣體添加到源氣體中，因此使AlGaN和GaN摻雜Si。Si的摻雜濃度設(shè)定為約IX IO1Vcm3至約IX 102°/cm3，例如，設(shè)定為約2X 1018/cm3。
隨后，形成元件隔離結(jié)構(gòu)。
更詳細(xì)地，例如，將氬(Ar)注入化合物半導(dǎo)體層10的元件隔離區(qū)域。因此，在化合物半導(dǎo)體層10中以及SiC襯底I的表面層部分中形成元件隔離結(jié)構(gòu)。元件隔離結(jié)構(gòu)在化合物半導(dǎo)體層10上劃分出有源區(qū)域。
順便提及，除了上述注入法，例如，STI (淺溝槽隔離)法可以用于元件隔離。
隨后，如圖27B所示，形成源電極3和漏電極4。
更詳細(xì)地，首先，在化合物半導(dǎo)體層10的表面上的預(yù)定源電極和漏電極形成位置 (電極形成位置)處形成電極溝槽2eA、2eB。
在化合物半導(dǎo)體層10的表面上施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理， 并且在光刻膠中形成如下開(kāi)口 其中，化合物半導(dǎo)體層10的對(duì)應(yīng)于預(yù)定電極形成位置的表面從該開(kāi)口露出。因此，形成了具有開(kāi)口的光刻膠掩模。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，對(duì)蓋層2e的預(yù)定電極形成位置進(jìn)行干法蝕刻以移除，直到露出電子供給層2d的表面。因此，形成了電極溝槽2eA、2eB，其中，電子供給層2d的表面的預(yù)定電極形成位置從電極溝槽2eA、2eB露出。作為蝕刻條件，使用惰性氣體如Ar和含氯氣體如Cl2作為蝕刻氣體，并且例如，將Cl2的流量設(shè)定為30SCCm，將壓力設(shè)定為2Pa，將Rf 電源設(shè)定為20W。順便提及，可以通過(guò)蝕刻到蓋層2e的中間或可以通過(guò)蝕刻到超過(guò)電子供給層2d來(lái)形成電極溝槽2eA、2eB。
通過(guò)灰化等移除光刻膠掩模。
形成用于形成源電極和漏電極的光刻膠掩模。在此，例如，使用適用于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)的雙層光刻膠。該光刻膠被施加到化合物半導(dǎo)體層10上并且形成了電極溝槽2eA、2eB從該處露出的開(kāi)口。因此，形成了具有開(kāi)口的光刻膠掩模。
通過(guò)使用該光刻膠掩模作為電極材料，通過(guò)例如氣相沉積法在包括如下開(kāi)口的光刻膠掩模上沉積Ta/Al (Ta用于下層，Al用于上層)，其中，電極溝槽2eA、2eB從該開(kāi)口露出。Ta的厚度為約20nm，Al的厚度為約200nm。通過(guò)剝離法移除光刻膠掩模以及沉積在其上的Ta/Al。其后，在例如氮?dú)夥罩性诩s400°C至約1000°C、例如約550°C的溫度下對(duì)SiC 襯底I進(jìn)行熱處理，并且使殘留的Ta/Al與電子供給層2d彼此歐姆接觸。如果獲得了 Ta/ Al與電子供給層2d的歐姆接觸，則在一些情況下不需要進(jìn)行熱處理。因此，形成了其部分電極材料填充電極溝槽2eA、2eB的源電極3和漏電極4。
隨后，如圖27C所示，形成保護(hù)化合物半導(dǎo)體層10的表面的鈍化膜。
鈍化膜具有不含氧的下絕緣膜(在此為SiN(Si3N4)膜5)與包含氧的上絕緣膜(在此為SiON膜6)的堆疊結(jié)構(gòu)。
更詳細(xì)地，通過(guò)等離子體CVD法、濺射法等在化合物半導(dǎo)體層10的整個(gè)表面上沉積厚度為例如約2nm至約200nm、例如約20nm的SiN以形成SiN膜5。隨后，通過(guò)等離子體 CVD法、濺射法等在SiN膜5上沉積厚度為例如約2nm至約200nm、例如約20nm的SiON以形成SiON膜6。因此，形成了其中SiN膜5和SiON膜6堆疊的鈍化膜。
隨后，如圖28A所示，在SiON膜6中形成開(kāi)口 6a。
更詳細(xì)地，在SiON膜6的整個(gè)表面上施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。因此，形成了具有如下開(kāi)口的光刻膠掩模其中，SiON膜6的預(yù)定柵電極形成位置從該開(kāi)口露出。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)SiON膜6進(jìn)行干法蝕刻。此時(shí)，可以輕度蝕刻SiN膜5的表面層和SiON膜6。因此，在SiON膜6的預(yù)定柵電極形成位置處形成了開(kāi)口 6a。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模。
隨后，如圖28B所示，在SiN膜5中形成開(kāi)口 5a。
更詳細(xì)地，在SiON膜6的整個(gè)表面上，包括SiN膜5上的從開(kāi)口 6a露出的區(qū)域，施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。因此，形成了具有如下開(kāi)口的光刻膠掩模 其中，SiN膜5的在開(kāi)口 6a中的預(yù)定柵電極形成位置從該開(kāi)口露出。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)SiN膜5進(jìn)行干法蝕刻。因此，在SiN膜5的預(yù)定柵電極形成位置處形成了開(kāi)口 5a。SiON膜6的開(kāi)口 6a比SiN 膜5的開(kāi)口 5a寬。開(kāi)口 5a、6a彼此連通，使得形成用于形成柵電極的開(kāi)口。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模。
隨后，如圖28C所示，形成柵電極35。
例如，使用Ni/Au(Ni用于下層，Au用于上層)作為電極材料。為了形成電極，例如，使用適用于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)的雙層光刻膠。該光刻膠被施加到SiON膜 6上(包括開(kāi)口 5a、6a的內(nèi)部)，并且形成了光刻膠掩模，光刻膠掩模在預(yù)定柵電極形成位置處具有包括開(kāi)口 5a、6a的開(kāi)口。通過(guò)使用該光刻膠掩模，通過(guò)例如氣相沉積法沉積Ni/ Au。Ni的厚度為約30nm，Au的厚度為約400nm。通過(guò)剝離法移除具有檐式結(jié)構(gòu)的光刻膠掩模以及沉積在其上的Ni/Au。因此，與化合物半導(dǎo)體層10的表面處于肖特基接觸的柵電極 35形成為使用柵極金屬填充開(kāi)口 5a、6a的內(nèi)部。
使用填充開(kāi)口 5a、6a的內(nèi)部并且騎在SiON膜6上的Ni以及沉積在Ni上的Au來(lái)形成所謂的懸垂形狀的柵電極35。在SiON膜6的表面的開(kāi)口 6a附近，在與柵電極35的 Ni相接觸的部分處，SiON膜6的氧與柵電極35的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)，使得形成作為薄的氧化物膜的NiO層35a。
其后，通過(guò)源電極3、漏電極4和柵電極35等的電連接過(guò)程，形成肖特基型AlGaN/ GaN HEMT。
在該實(shí)施方案中，鈍化膜形成為不含氧的SiN膜5與包含氧的SiON膜6的堆疊結(jié)構(gòu)。具有小的界面狀態(tài)的不含氧的絕緣膜適合作為鈍化膜。待成為肖特基表面的 化合物半導(dǎo)體層10的表面被不含氧的SiN膜5直接覆蓋，并且SiN膜5主要用作保護(hù)膜。由于通過(guò) SiN膜5與肖特基表面分離，所以包含氧的SiON膜6可不影響肖特基表面。SiN膜5的開(kāi)口 5a與SiON膜6的比開(kāi)口 5a寬的開(kāi)口 6a彼此連通，并且懸垂形狀的柵電極35形成為填充由開(kāi)口 5a、6a組成的開(kāi)口的內(nèi)部。在該結(jié)構(gòu)中，柵電極35形成于其填充開(kāi)口 5a的部分上、其填充開(kāi)口 6a的部分上以及懸垂部分的逐漸展開(kāi)的多級(jí)結(jié)構(gòu)(在此為三級(jí)結(jié)構(gòu))上， 使得高壓操作期間的電場(chǎng)集中點(diǎn)被分散。
此外，在該實(shí)施方案中，SiON膜6的氧與柵電極35的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)以形成NiO層35a。NiO用作P型氧化物半導(dǎo)體。柵電極35的懸垂部分位于多級(jí)結(jié)構(gòu)的最上級(jí)處，并且在柵電極35中，懸垂部分是最靠近漏電極4的部分，因此在該處出現(xiàn)了最大的電場(chǎng)集中。由于形成于懸垂部分上的作為P型氧化物半導(dǎo)體的NiO層35a的存在，所以懸垂部分的橫向電阻增加以及在柵極端部處的場(chǎng)強(qiáng)大幅減小。因此，抑制了電流崩塌現(xiàn)象。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施方案，獲得了甚至在高壓操作期間仍然能夠充分抑制電流崩塌現(xiàn)象并且實(shí)現(xiàn)高耐受電壓和高功率的高可靠性AlGaN/GaN HEMT。
(第十六實(shí)施方案)
下文中，將描述根據(jù)第十六實(shí)施方案的肖特基型InAlN/GaN HEMT。注意，將用相同的附圖標(biāo)記表示與根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的組成構(gòu)件相同的組成構(gòu)件等，并且將省略其詳細(xì)描述。
圖29A至圖29C以及圖30A至圖30C是按照工藝的順序示出制造根據(jù)第十六實(shí)施方案的InAlN/GaN HEMT的方法的示意性橫截面圖。
首先，如圖29A所示，在例如作為生長(zhǎng)襯底的半絕緣SiC襯底I上形成作為化合物半導(dǎo)體的堆疊結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體層20?？梢允褂肧i襯底、藍(lán)寶石襯底、GaAs襯底、GaN 襯底等來(lái)代替SiC襯底作為生長(zhǎng)襯底。襯底的傳導(dǎo)性可以是半絕緣的或?qū)щ姷摹?br> 化合物半導(dǎo)體層20包括緩沖層20a、電子傳輸層20b、中間層20c和電子供給層 20d。
在完成的InAlN/GaN HEMT中，操作期間，在電子傳輸層20b與電子供給層20d(確切地說(shuō)，中間層20c)之間的界面附近生成了二維電子氣(2DEG)。在InAlN/GaN HEMT中，幾乎不發(fā)生壓電極化，但是電子供給層20d的InAlN具有強(qiáng)的自發(fā)極化，并且由于與電子傳輸層20b的自發(fā)極化的協(xié)同效應(yīng)，主要基于自發(fā)極化而生成2DEG。
更具體地，在SiC襯底I上，通過(guò)例如MOVPE法生長(zhǎng)以下化合物半導(dǎo)體?？梢允褂?MBE法等來(lái)代替MOVPE法。
在SiC襯底I上，依次生長(zhǎng)待成為緩沖層20a、電子傳輸層20b、中間層20c和電子供給層20d的化合物半導(dǎo)體。通過(guò)在Si襯底I上生長(zhǎng)具有約O.1 μ m厚度的AlN形成緩沖層20a。通過(guò)生長(zhǎng)具有約I μ m至約3 μ m厚度的1-GaN形成電子傳輸層20b。通過(guò)生長(zhǎng)具有約5nm厚度的1-1nAIN形成中間層20c。通過(guò)生長(zhǎng)具有約30nm厚度的1-ΙηΑΙΝ形成電子供給層20d。在一些情況下，不形成中間層20c。
為了生長(zhǎng)GaNJfS Ga源的三甲基鎵(TMGa)氣體和氨(NH3)氣的混合氣體用作源氣體。為了生長(zhǎng)InAIN，將三甲基銦(TMIn)氣體、TMAl氣體和NH3氣體的混合氣體用作源氣體。取決于待生長(zhǎng)的化合物半導(dǎo)體層，適當(dāng)?shù)卦O(shè)置是否提供TMGa氣體、TMIn氣體和TMAl 氣體以及TMGa氣體、TMIn氣體和TMAl氣體的流量。將作為共用源的NH3氣體的流量設(shè)定為約lOOsccm至約lOslm。此外，將生長(zhǎng)壓力設(shè)定為約50托至約300托，并且將生長(zhǎng)溫度設(shè)定為約1000。。至約1200。。。
隨后，形成元件隔離結(jié)構(gòu)。
更具體地，例如，將氬(Ar)注入化合物半導(dǎo)體層20的元件隔離區(qū)域。從而，在化合物半導(dǎo)體層20中以及SiC襯底I的表面層部分中形成了元件 隔離結(jié)構(gòu)。元件隔離結(jié)構(gòu)在化合物半導(dǎo)體層20上劃分出有源區(qū)域。
順便提及，除了上述注入法，例如，STI (淺溝槽隔離)法也可以用于元件隔離。
隨后，如圖29B所示，形成源電極36和漏電極37。
例如，使用Ta/Al (Ta用于下層，Al用于上層)作為電極材料。為了形成電極，例如，使用適用于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)的雙層光刻膠。該光刻膠被施加到化合物半導(dǎo)體層20上，并且形成了光刻膠掩模，光刻膠掩模在預(yù)定源電極和漏電極形成位置處具有開(kāi)口。通過(guò)使用該光刻膠掩模，通過(guò)例如氣相沉積法沉積Ta/Al。Ta的厚度為約20nm以及Al的厚度為約200nm。通過(guò)剝離法移除具有檐式結(jié)構(gòu)的光刻膠掩模以及沉積在其上的 Ta/Al。其后，在例如氮?dú)夥罩性?00°C至1000°C例如約550°C下對(duì)SiC襯底I進(jìn)行熱處理， 并且使殘留的Ta/Al與電子供給層20d彼此歐姆接觸。因此，形成了由Ta/Al制成的源電極36和漏電極37。
隨后，如圖29C所示，形成保護(hù)化合物半導(dǎo)體層20的表面的鈍化膜。
鈍化膜具有不含氧的下絕緣膜(在此為SiN(Si3N4)膜5)與包含氧的上絕緣膜(在此為SiON膜6)的堆疊結(jié)構(gòu)。
更詳細(xì)地，通過(guò)等離子體CVD法、濺射法等在化合物半導(dǎo)體層20的整個(gè)表面上沉積厚度為例如約2nm至約200nm、例如約20nm的SiN以形成SiN膜5。隨后，通過(guò)等離子體 CVD法、濺射法等在SiN膜5上沉積厚度為例如約2nm至約200nm、例如約20nm的SiON以形成SiON膜6。因此，形成了其中SiN膜5和SiON膜6堆疊的鈍化膜。
隨后，如圖30A所示，在SiON膜6中形成開(kāi)口 6a。
更詳細(xì)地，在SiON膜6的整個(gè)表面上施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。隨后，形成具有如下開(kāi)口的光刻膠掩模，其中，SiON膜6的預(yù)定柵電極形成位置從該開(kāi)口露出。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)SiON膜6進(jìn)行干法蝕刻。此時(shí)，可以輕度蝕刻SiN膜5的表面層以及SiON膜6。因此，在SiON膜6的預(yù)定柵電極形成位置處形成了開(kāi)口 6a。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模。
隨后，如圖30B所示，在SiN膜5中形成開(kāi)口 5a。
更詳細(xì)地，在SiON膜6的整個(gè)表面上，包括SiN膜5上的從開(kāi)口 6a露出的區(qū)域，施加光刻膠，并且通過(guò)光刻法對(duì)光刻膠進(jìn)行處理。因此，形成了具有如下開(kāi)口的光刻膠掩模 其中，SiN膜5的在開(kāi)口 6a中的預(yù)定柵電極形成位置從該開(kāi)口露出。
通過(guò)使用該光刻膠掩模，使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體，對(duì)SiN膜5進(jìn)行干法蝕刻。因此，在SiN膜5的預(yù)定柵電極形成位置處形成了開(kāi)口 5a。SiON膜6的開(kāi)口 6a比SiN 膜5的開(kāi)口 5a寬。開(kāi)口 5a、6a彼此連通，使得形成用于形成柵電極的開(kāi)口。
通過(guò)灰化或使用預(yù)定化學(xué)溶液的濕法處理移除光刻膠掩模。
隨后，如圖30C所示，形成柵電極38。
例如，使用Ni/Au (Ni用于下層，Au用于上層)作為電極材料。為了形成電極，例如，使用適用于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu) 的雙層光刻膠。該光刻膠被施加到SiON膜 6上(包括開(kāi)口 5a、6a的內(nèi)部)，并且形成了光刻膠掩模，光刻膠掩模在預(yù)定柵電極形成位置處具有包括開(kāi)口 5a、6a的開(kāi)口。通過(guò)使用該光刻膠掩模，通過(guò)例如氣相沉積法沉積Ni/ Au。Ni的厚度為約30nm，Au的厚度為約400nm。通過(guò)剝離法移除具有檐式結(jié)構(gòu)的光刻膠掩模以及沉積在其上的Ni/Au。因此，與化合物半導(dǎo)體層20的表面處于肖特基接觸的柵電極 38形成為使用柵極金屬填充開(kāi)口 5a、6a。
使用填充開(kāi)口 5a、6a的內(nèi)部并且騎在SiON膜6上的Ni以及沉積在Ni上的Au來(lái)形成所謂的懸垂形狀的柵電極38。在SiON膜6的表面的開(kāi)口 6a附近，在與柵電極38的 Ni相接觸的部分處，SiON膜6的氧與柵電極38的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)，使得形成作為薄的氧化物膜的NiO層38a。
其后，通過(guò)源電極36、漏電極37和柵電極38等的電連接過(guò)程，形成肖特基型 AlGaN/GaN HEMT。
在該實(shí)施方案中，鈍化膜形成為不含氧的SiN膜5與包含氧的SiON膜6的堆疊結(jié)構(gòu)。具有小的界面狀態(tài)的不含氧的絕緣膜適合作為鈍化膜。待成為肖特基表面的化合物半導(dǎo)體層20的表面被不含氧的SiN膜5直接覆蓋，并且SiN膜5主要用作保護(hù)膜。由于通過(guò) SiN膜5與肖特基表面分離，所以包含氧的SiON膜6可不影響肖特基表面。SiN膜5的開(kāi)口 5a與SiON膜6的比開(kāi)口 5a寬的開(kāi)口 6a彼此連通，并且懸垂形狀的柵電極38形成為填充由開(kāi)口 5a、6a組成的開(kāi)口的內(nèi)部。在該結(jié)構(gòu)中，柵電極38形成于其填充開(kāi)口 5a的部分上、其填充開(kāi)口 6a的部分上以及懸垂部分的逐漸展開(kāi)的多級(jí)結(jié)構(gòu)(在此為三級(jí)結(jié)構(gòu))上， 使得高壓操作期間的電場(chǎng)集中點(diǎn)被分散。
此外，在該實(shí)施方案中，SiON膜6的氧與柵電極38的懸垂部分的Ni彼此反應(yīng)以形成NiO層38a。NiO用作P型氧化物半導(dǎo)體。柵電極38的懸垂部分位于多級(jí)結(jié)構(gòu)的最上級(jí)處，并且在柵電極38中，懸垂部分是最靠近漏電極37的部分，因此在此處出現(xiàn)了最大的電場(chǎng)集中。由于形成于懸垂部分上的為P型氧化物半導(dǎo)體的NiO層38a的存在，所以懸垂部分的橫向電阻增加以及在柵極端部處的場(chǎng)強(qiáng)大幅減小。因此，抑制了電流崩塌現(xiàn)象。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施方案，獲得了甚至在高壓操作期間仍然能夠充分抑制電流崩塌現(xiàn)象并且實(shí)現(xiàn)高耐受電壓和高功率的高可靠性InAlN/GaN HEMT。
在上述實(shí)施方案中，具有下絕緣膜和上絕緣膜的雙層結(jié)構(gòu)的鈍化膜的情況作為示例示出，但不限于此。鈍化膜可以形成為具有三層或更多層的多層結(jié)構(gòu)，只要與化合物半導(dǎo)體層接觸的膜為不含氧的絕緣膜而與柵電極的懸垂部分相接觸的膜為包含氧的絕緣膜即可。
此外，在上述實(shí)施方案中，可以使用Al2O3膜作為形成鈍化膜的包含氧的上絕緣膜。
此外，除應(yīng)用于AlGaN/GaN HEMT和InAlN/GaN HEMT之外，本發(fā)明也能夠應(yīng)用于例如其中電子供給層由1-1nAlGaN制成的InAlGaN/GaN HEMT等。
此外，上述實(shí)施方案中的化合物半導(dǎo)體中的每個(gè)化合物半導(dǎo)體的外延結(jié)構(gòu)僅是示例，并且可以使用任意其他結(jié)構(gòu)，只要其為場(chǎng)效應(yīng)晶體管即可。
此外，上述實(shí)施方案中的源電極和漏電極的層結(jié)構(gòu)僅是示例，并且可以使用任意其他層結(jié)構(gòu)而不考慮它是單層還是多層，并且形成電極的方法 也僅是示例，可以使用任意其他形成方法。
(第十七實(shí)施方案)
該實(shí)施方案公開(kāi)了包括選自根據(jù)第一實(shí)施方案至第十五實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT或根據(jù)第十六實(shí)施方案的InAlN/GaN HEMT中的一種的電源裝置。
圖31是示出根據(jù)第十七實(shí)施方案的電源裝置的示意性結(jié)構(gòu)的接線圖。
根據(jù)該實(shí)施方案的電源裝置包括高壓一次電路41和低壓二次電路42 ;以及布置在一次電路41與二次電路42之間的變壓器43。
一次電路41包括AC電源44、所謂的橋式整流電路45和多個(gè)(在此為四個(gè))開(kāi)關(guān)元件46a、46b、46c、46d。此外，橋式整流電路45具有開(kāi)關(guān)元件46e。
二次電路42包括多個(gè)(在此為三個(gè))開(kāi)關(guān)元件47a、47b、47c。
在該實(shí)施方案中，一次電路41的開(kāi)關(guān)元件46a、46b、46c、46d、46e各自為選自根據(jù)第一實(shí)施方案至第十五實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT或根據(jù)第十六實(shí)施方案的InAlN/GaN HEMT中的一種。另一方面，二次電路42的開(kāi)關(guān)元件47a、47b、47c中的每個(gè)開(kāi)關(guān)元件是使用硅的普通MIS · FET。
在該實(shí)施方案中，將甚至在高壓操作期間仍然能夠充分抑制電流崩塌現(xiàn)象并且實(shí)現(xiàn)高耐受電壓和高功率的高可靠性AlGaN/GaN HEMT或InAlN/GaN HEMT應(yīng)用于高壓電路。 因此，實(shí)現(xiàn)了具有聞可罪性和聞功率的電源電路。
(第十八實(shí)施方案)
該實(shí)施方案公開(kāi)了使用選自根據(jù)第一實(shí)施方案至第十五實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT或根據(jù)第十六實(shí)施方案的InAlN/GaN HEMT中的一種的高頻放大器。
圖32是示出根據(jù)第十八實(shí)施方案的高頻放大器的示意性結(jié)構(gòu)的接線圖。
根據(jù)該實(shí)施方案的高頻放大器包括數(shù)字預(yù)失真電路51、混頻器52a、52b以及功率放大器53。
數(shù)字預(yù)失真電路51補(bǔ)償輸入信號(hào)的非線性失真?；祛l器52a將非線性失真被補(bǔ)償?shù)妮斎胄盘?hào)與AC信號(hào)混合。功率放大器53將與AC信號(hào)混頻的輸入信號(hào)放大，并且具有選自根據(jù)第一實(shí)施方案至第十五實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT或根據(jù)第十六實(shí)施方案的 InAlN/GaN HEMT中的一種。在圖32中，通過(guò)例如改變開(kāi)關(guān)，可以通過(guò)混頻器52b將輸出側(cè)信號(hào)與AC信號(hào)混合，并且可以將所得信號(hào)發(fā)送至數(shù)字預(yù)失真電路51。
在該實(shí)施方案中，將甚至在高壓操作期間仍然能夠充分抑制電流崩塌現(xiàn)象并且實(shí)現(xiàn)高耐受電壓和高功率的高可靠性AlGaN/GaN HEMT或InAlN/GaN HEMT應(yīng)用于高頻放大器。因此，實(shí)現(xiàn)了具有高可靠性和高耐受電壓的高頻放大器。
根據(jù)上述實(shí)施方案，獲得了甚 至在高壓操作期間仍然能夠充分抑制電流崩塌現(xiàn)象并且實(shí)現(xiàn)高耐受電壓和高功率的高可靠性的化合物半導(dǎo)體器件。
權(quán)利要求
1.一種化合物半導(dǎo)體器件，包括化合物半導(dǎo)體層；具有開(kāi)口并且覆蓋所述化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)的保護(hù)膜；和填充所述開(kāi)口并且具有騎在所述化合物半導(dǎo)體層上的形狀的電極，其中所述保護(hù)膜具有不含氧的下絕緣膜與包含氧的上絕緣膜的堆疊結(jié)構(gòu)，并且其中所述開(kāi)口具有形成在所述下絕緣膜中的第一開(kāi)口和形成在所述上絕緣膜中并且比所述第一開(kāi)口寬的第二開(kāi)口，所述第一開(kāi)口和所述第二開(kāi)口彼此連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中在所述上絕緣膜和所述電極之間形成有由所述上絕緣膜與所述電極之間的反應(yīng)得到的氧化物膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中所述氧化物膜由NiO或CuO制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中所述上絕緣膜包含NiO。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中所述上絕緣膜僅設(shè)置在所述電極的下部周邊上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中所述上絕緣膜僅設(shè)置在所述電極的一側(cè)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中在所述上絕緣膜的表面層上，形成有氧含量比其他部分高的薄膜。
8.—種制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，包括形成保護(hù)膜以覆蓋化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)，所述保護(hù)膜具有不含氧的下絕緣膜與包含氧的上絕緣膜的堆疊結(jié)構(gòu)；在所述下絕緣膜中形成第一開(kāi)口，并且在所述上絕緣膜中形成比所述第一開(kāi)口寬的第二開(kāi)口，所述第一開(kāi)口和所述第二開(kāi)口形成為彼此連通；形成填充所述開(kāi)口并且具有騎在所述化合物半導(dǎo)體層上的形狀的電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，其中在所述上絕緣膜和所述電極之間形成由所述上絕緣膜與所述電極之間的反應(yīng)得到的氧化物膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，其中利用所述下絕緣膜與所述上絕緣膜之間的蝕刻速率的差異，通過(guò)濕法蝕刻繼續(xù)地使用在形成所述第一開(kāi)口時(shí)使用的掩模來(lái)形成所述第二開(kāi)口。
全文摘要
本發(fā)明涉及化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法。一種HEMT(高電子遷移率晶體管)具有化合物半導(dǎo)體層、具有開(kāi)口并且覆蓋化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)的保護(hù)膜以及填充開(kāi)口并且具有騎在化合物半導(dǎo)體層上的形狀的柵電極，其中保護(hù)膜具有不含氧的下絕緣膜與包含氧的上絕緣膜的堆疊結(jié)構(gòu)，并且，開(kāi)口包括形成在下絕緣膜中的第一開(kāi)口和形成在上絕緣膜中且比第一開(kāi)口寬的第二開(kāi)口，第一開(kāi)口與第二開(kāi)口彼此連通。
文檔編號(hào)H01L21/28GK103035683SQ20121032085
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者多木俊裕, 岡本直哉, 美濃浦優(yōu)一, 牧山剛?cè)? 尾崎史朗 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社